Phim Kẻ Thử Nghiệm mang đến cho khán giả hành trình phiêu lưu đầy hoóc-môn và những căng thẳng kịch tính về một cuộc thử nghiệm quân sự đột phá. Rick Janssen, một phi công hải quân hotshot (vai diễn bởi Sam Worthington) được tuyển chọn cho một chương trình bí mật mang tên “Project Titan”. Mục tiêu của chương trình là tạo ra những con người có khả năng chống lại môi trường khắc nghiệt trên mặt trăng của sao Thổ, TITAN. Rick chấp nhận tham gia, hy sinh tất cả để thêm sức mạnh cho đất nước, hi vọng anh là chìa khóa mở ra thế giới mới đầy tiềm năng. Sau một quá trình thử nghiệm đầy gian khổ, Rick Janssen trở thành tuyệt tác của khoa học – một siêu nhân với khả năng cường tráng phi thường, vượt qua giới hạn của con người. Anh ta có thể chịu đựng được áp lực cao, nhiệt độ cực đoan và có thể tồn tại trong môi trường thiếu oxy như quỹ đạo Titan. Nhưng niềm vui chiến thắng nhanh chóng tan biến khi những phản ứng phụ khủng khiếp xuất hiện.

Rick nhận ra cơ thể biến đổi của mình đang dần dần hủy hoại từ bên trong, đồng thời những ảnh hưởng xấu lan tỏa ra cộng đồng, đe dọa cả cuộc sống vợ con anh. Trận chiến nội bộ của Rick, giữa sự nghiệp vinh quang và nguy hiểm tiềm ẩn cho gia đình, gia nhập vào cuộc chiến tranh dồn dập giữa khoa học và đạo đức. Kẻ Thử Nghiệm là một câu chuyện về sự hy sinh, lòng yêu nước, nhưng cũng là sự trăn trở về những giới hạn của khoa học và những hậu quả to lớn mà nó có thể gây ra.