特大风暴席卷浩瀚的塔克伊里沙漠，正在当地执行勘探任务的205小分队与西北石油勘探指挥部失去联系。骆驼四散逃失，女队员李小娟、黄阿明相继失踪，连向导扎西老人也不见踪影，饥饿与死亡的阴影笼罩着这支队伍。
风暴平息后，大队长李劳山带领剩余队员在沙漠中艰难跋涉，终于找到扎西老人事先为他们埋藏的粮食和资料，随后黄阿明、李小娟也返回分队。队伍继续前进，在一片无名绿洲展开考察时，发现了解放前曾在此勘探石油的一名考察人员的干尸，以及死者留下的记录本。大家怀着崇敬之情安葬了这位先行者，并根据记录本提供的线索找到了新的石油构造。
与此同时，扎西老人和因保护资料而受伤的队员郑伟舟正在百里奇草原上艰难行进。得到藏族牧民救助后，郑伟舟却因失血过多不幸牺牲，扎西老人只得独自继续寻找小分队。西北石油勘探指挥部总指挥吴山也为营救205小分队竭尽全力，在多方寻找无果后，只能向北京求援，请求派出直升机。
此时，205小分队在无名绿洲再次遭遇危机，一种奇怪的疾病迅速侵袭队员。黄阿明为了把药品留给同伴杨远，最终被疾病夺去了生命。副队长严建平一度陷入动摇和绝望，在杨远的鼓励下，他冒险外出寻找水源，返程途中与黑熊搏斗，身负重伤后牺牲。
眼看队员伤亡惨重，李劳山决定让身体状况较好的韩小龙和邓丽背着资料继续前进。随后，他与杨远、李小娟三人在沙漠中躺成人字形箭头，为韩小龙和邓丽指明方向。与此同时，吴山乘坐直升机找到了扎西老人，并在沼泽地上空发现了刚刚挣扎出来的韩小龙和邓丽。历经磨难的205小分队终于获救。
