Akcja książki rozgrywa się w odległej przyszłości, gdzie Ziemi i całemu ludzkiemu istnieniu grozi katastrofa. Naukowcy odkrywają na orbicie okołoziemskiej drobne istoty, które nazywają astrofagami – potencjalnie zabójczymi dla życia na Ziemi, gdyż pochłaniają one powietrze i wodę. Ludzkość przygotowuje się do zuchwałej misji ratunkowej pod kryptonimem Projekt Hail Mary, której celem jest znalezienie sposobu na uratowanie planety przed astrofagami. Zostaje wysłany wielki statek kosmiczny z zaawansowaną technologią i potężnymi systemami uzbrojenia, który ma udać się do układu gwiezdnego Tau Ceti – miejsca, gdzie astrofagi zostały skutecznie zwalczone przez sztuczną formę życia znaną jako krell. Na pokładzie znajduje się kilku członków załogi, w tym astronauci Ryland Grace i SUddha Prajapati.
Po ponad stuletnim locie, główny bohater Ryland budzi się jako jedyny żywy człowiek na pokładzie. Nie ma żadnych wspomnień ani śladów tego, co wydarzyło się podczas wyprawy. Znalezione przez niego wszczepki implantów z pamięcią pomagają mu odzyskać utracone informacje związane z misją i otrzymuje on dostęp do sztucznej inteligencji pokładowego systemu komputerowego, AI. Dzięki temu może stopniowo uczyć się kolejnych odcinkach fabuły i planować wyprawę mającą na celu uratowanie Ziemi przed astrofagami przy pomocy ukrytego sposobu znalezionego w układzie Tau Ceti, gdzie załoga miała odnaleźć rozwiązanie zastosowane przez krell. Okazuje się, że cała misja Hail Mary była zasadniczo testem mającym na celu eliminację każdego możliwego zagrożenia przed wysłaniem ocalałych ludzi z Ziemi do układu Tau Ceti.
Powieść łączy elementy science fiction i thrillera, przeplatając je solidną porcją naukowych wyjaśnień na temat różnych aspektów wszechświata. Weir prezentuje skomplikowane zagadnienia jak np. prędkość dźwięku czy teorie dotyczące odchylenia osi Ziemi, jednocześnie utrzymując wartki rozwój wydarzeń i dbałość o to, by akcja trzymała czytelnika w napięciu. Projekt Hail Mary to fascynacja kosmosem i nauką zapakowana w lekturę, która może pochłonąć każdego miłośnika tematyki, bez względu na poziom wiedzy czy zainteresowania danymi obszarami. Książka ma potencjał oczarować nawet tych, którzy nie byli obserwatorami wcześniejszych sukcesów Weira na polu literatury fantastycznonaukowej, dzięki swojej przystępnej formie i sprawnemu zarysowaniu postaci oraz opowieści.
