Il romanzo è ambientato su un pianeta di un altro sistema solare, oggetto di studio da parte degli scienziati terrestri fino dalla sua scoperta, cento anni prima della nascita del protagonista Kris Kelvin. La superficie del corpo celeste è interamente ricoperta da quello che a prima vista sembra un mare: in realtà è un unico, gigantesco essere senziente in grado di condizionare persino il movimento del pianeta, che ruotando intorno a un sistema stellare binario dovrebbe essere irregolare e pertanto non adatto alla vita biologica.
La vita di Solaris si manifesta con la continua generazione e emersione di complicate e gigantesche strutture dalla natura incomprensibile, formate di materiale dalla consistenza colloidale che si consolida e liquefa in continuazione. Le strutture più grandi si presentano come rappresentazioni tridimensionali di formule matematiche, con la prosecuzione dell'esplorazione invece le più piccole diventano emulazioni di strutture umane, per esempio degli elicotteri che sorvolano la superficie; gli esploratori hanno catalogato tali manifestazioni con nomi quali "mimoide”, "simmetriade” e "asimmetriade”.
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