Наталья Бондарчук, Донатас Банионис, Юри Ярвет, Владислав Дворжецкий, Николай Гринько, Анатолий Солоницын, Ольга Барнет, Виталик Кердимун, Ольга Кизилова, Татьяна Малых
сценарий...Фридрих Горенштейн, Андрей Тарковский, Станислав Лем
директор фильма...Вячеслав Тарасов
оператор...Вадим Юсов
композитор...Эдуард Артемьев
художник...Михаил Ромадин, Нэлли Фомина
монтаж...Людмила Фейгинова, Нина Маркус
На космическую станцию, сотрудники которой давно и тщетно пытаются сладить с загадкой планеты Солярис, полностью покрытой Океаном, прибывает новый учёный, психолог Крис Кельвин. Его задача — разобраться в странных сообщениях, поступающих со станции и закрыть её вместе со всей бесплодной «соляристикой». Поначалу ему кажется, что немногие уцелевшие на станции ученые сошли с ума, а потом он и сам становится жертвой жуткого наваждения: ему является его жена Хари, некоторое время назад покончившая с собой.
На роль Хари Тарковский пробовал также Аллу Демидову, но её игра его не устроила, Хари получалась слишком агрессивной. Среди возможных претенденток были Анастасия Вертинская и шведская актриса Биби Андерссон. В конечном счёте режиссёр остановил выбор на Наталье Бондарчук.
Эпизод, в котором Бертон едет на машине по бесконечным тоннелям, развязкам, эстакадам «города будущего», снимали в Японии. Сюто — сеть скоростных платных автодорог в Большом Токио, была построена к Олимпиаде 1964 года и из-за плотной застройки большая её часть пролегала как под городом, так и над городом. Это привлекло внимание Тарковского, так как многоуровневые автострады являлись традиционной деталью у художников, иллюстрировавших фантастическую литературу в XX веке.
Натурные сцены «дома у реки», в котором жил Кельвин, снимались недалеко от Саввино-Сторожевского монастыря в Звенигороде. Место было выбрано не случайно: как рассказывают современники режиссёра, именно в Звенигороде мать Тарковского когда-то снимала дачу на лето для своих детей. Декорации к фильму готовили около года, для большей таинственности даже облицевали жестью мост рядом с домом героя. Съёмочная группа проживала в монастыре, а первый кадр был снят в поле.
В окончательную редакцию не вошла сцена в зеркальной комнате, режиссёр изъял её из фильма. Этот загадочный шаг поклонники Тарковского связывают с происками цензуры. На самом деле цензуру и редактуру эта сцена не волновала, и мотивы у режиссёра, скорее всего, были внутренними. Известно, что он не раз возражал против того в фильмах, что казалось ему «слишком красивым».
Сцена в невесомости снималась при помощи двух операторских кранов, на одном из которых был закреплён киносъёмочный аппарат, а на другом располагались актёры. Виды мыслящего океана снимались по методу ФОКАЖ (форма, образованная контактом активных жидкостей), разработанному кинооператором комбинированных съёмок Борисом Травкиным.