Sebetulnya, Moonfall punya premis yang cukup sederhana, yakni ada sesuatu yang menguasai bulan dan membuatnya terlempar dari lintasan orbitnya, sehingga membuat bulan dan Bumi bertabrakan karena orbit mereka bersinggungan. Hal ini bisa menjadi masalah yang tidak serius jika NASA mengetahui permasalahan ini sedari awal dan mencoba mengembalikan bulan ke lintasannya agar kemungkinan terburuk tak terjadi.
Sayangnya, NASA yang sudah mengetahui masalah ini sejak tahun 1969, seolah tutup mata dan menganggap hal itu tak pernah terjadi. Sampai akhirnya, KC (John Bradley) si ahli teori konspirasi menemukan hal ini saat tengah mengamati benda langit. Ia pun menyusun laporan dan siap memberikannya kepada NASA. Alih-alih mendengarkan laporan KC, ia justru ditertawakan dan dianggap gila.
Sampai suatu hari, apa yang KC temukan menjadi kenyataan dan menimbulkan bencana alam di seluruh dunia. NASA masih tak mau mendengarkan KC, kecuali Brian (Patrick Wilson) dan Jo (Halle Berry). Mereka mendengarkan teori KC dan menyadari Bumi nyaris terlambat untuk menyelamatkan diri dari 'makhluk' pintar yang kini menguasai bulan.