הסיפור מתרחש בתחנת החלל הבינלאומית, שם צוות מדענים וחוקרים בינלאומיים בראשותם של ג'ייק ג'ילנהול וראיין ריינולדס מקבל משימה ייחודית: לחקור דגימה שנאספה מכוכב מאדים. לאחר גילוי מיקרואורגניזם חי, הצוות מתחיל במחקר מעמיק שמטרתו להבין את טיבו ואת אפשרויות ההישרדות שלו בסביבה חייזרית. בתחילה, הממצא מעורר התלהבות רבה ומבטיח פריצות דרך מדעיות, אך במהרה מתברר שהיצורים שגילו אינם רק חיים פשוטים אלא בעלי אינטליגנציה גבוהה ויכולות מורכבות שמעוררות חששות כבדים. במהלך המחקר, היחסים בין חברי הצוות מתוחים והמתח גובר ככל שהמציאות מתגלגלת לכיוונים בלתי צפויים. רבקה פרגוסון והירויוקי סנאדה, בין השאר, מתמודדים עם האתגרים המוסריים והטכניים של שמירת הבטיחות האישית ושל המשימה המדעית. האורגניזם החייזרי מראה סימנים של תבונה ותגובה לסביבה, מה שמוביל את הצוות להרהורים על משמעות החיים והקיום מחוץ לכדור הארץ. ככל שהחייזר מתפתח, הוא מסכן את חיי אנשי הצוות ואת המשך קיומה של התחנה, והם נאלצים לקבל החלטות גורליות בניסיון לבלום את האיום. הסרט מציג תמה עמוקה על גבולות המדע, הסכנות שבחקירה בלתי מבוקרת והקשר בין האדם ליצורים אחרים ביקום. במאבק על הישרדותם, צוות תחנת החלל נדרש להתמודד עם תוצאות בלתי צפויות של גילוי שיכול לשנות את ההבנה האנושית על החיים עצמם. הצוות מנסה לפתח אסטרטגיות לבלימת האורגניזם, אך הוא מתגלה כזריז וחכם במיוחד, מסוגל ללמוד ולהסתגל במהירות לסביבה. תוך כדי מאבק הישרדות קשה, מתגלה כי האורגניזם אינו רק מאיים פיזית אלא גם מעלה שאלות פילוסופיות על טבע החיים והקיום. הסרט מסתיים במתח רב, כאשר הצוות נאלץ לבצע פעולות קיצוניות כדי למנוע את הפצת האורגניזם לכדור הארץ, מה שמדגיש את הסיכון שבחקירת היקום והצורך באחריות מדעית. "סימן חיים" מציג שילוב של מותחן מדע בדיוני עם אלמנטים פסיכולוגיים, ומעלה תהיות על גבולות הידע האנושי והאתיקה המדעית.
