Исследование Соляриса осложняется тем, что океан не поддается обычным измерениям и объяснениям. Команда пытается понять, обладает ли океан сознанием и способностью к мышлению. Обсуждаются различные теории, включая идею о том, что океан может фиксировать и воспроизводить человеческие мысли и воспоминания. Эти гипотезы вызывают споры среди ученых станции.

Параллельно с научными исследованиями происходит внутренний конфликт у Кельвина, который пытается разобраться с появлением Харри и своим прошлым. Он испытывает необходимость понять, какие силы управляют океаном и почему он создает такие проявления. Взаимоотношения с Харри усложняют его состояние и влияют на принятие решений.

Другие члены экспедиции, например Снаут и Сарториус, выдвигают свои теории и планы относительно взаимодействия с океаном. Сарториус предлагает использовать излучение, модулированное биотоками мозга, чтобы направить мысли наяву в океан, пытаясь установить связь и возможно воздействовать на него. Это предложение вызывает дискуссии и сомнения среди участников.

Кельвин оказывается в ситуации, когда ему приходится принять участие в экспериментах, несмотря на возможные риски и непредсказуемость результатов. Одновременно он должен решить, как относиться к "гостям", которых создаёт океан, и что делать с личными чувствами, которые они вызывают. Эти вопросы становятся центральными для его дальнейших действий.

В ходе развития событий выясняется, что научное понимание океана остается неполным, и многие аспекты его природы недоступны человеческому разуму. Экспедиция не приводит к однозначным результатам, но позволяет увидеть, что взаимодействие с Солярисом требует нового подхода и понимания.

Основной темой становится проблема коммуникации с чуждым и сложным сознанием, а также влияние этого контакта на внутренний мир человека. Кельвин сталкивается с необходимостью выбора между попытками контролировать или познать океан и сохранением собственной человечности.

В конце книги ситуация остается открытой, без окончательных ответов, но с акцентом на важности понимания границ человеческого знания и сложностей в общении с иными формами бытия.