K-PAX opowiada historię Roberta Portera (Kevin Spacey), tajemniczego pacjenta szpitala psychiatrycznego, znanego tylko jako prot (imię pisane małą literą) i opiekującego się nim lekarza (Jeff Bridges), który w wersji książkowej nosił nazwisko autora (Gene Brewer), a w filmie – Mark Powell. Prot twierdzi, że pojawił się na Ziemi w celach badawczych, a wizyta w szpitalu psychiatrycznym pozwoli mu lepiej poznać ludzi. Jego wyrozumiałość i stoicki spokój wywiera ogromne wrażenie na współpacjentach, którzy szybko przekonują się, że prot jest rzeczywiście kosmitą i jest w stanie im pomóc. Tymczasem dr Powell/Brewer jest przekonany, że bajeczne opisy planety K-PAX są skutkiem próby wymazania z pamięci jakiegoś traumatycznego przeżycia, a osobowość prota jedynie maską.
Nadzwyczajna inteligencja prota, jego wiedza o astronomii, niezwykłe cechy fizyczne (nadwrażliwość na światło, zdolność widzenia w ultrafiolecie), oraz umiejętność porozumiewania się ze zwierzętami zdają się potwierdzać jego historię, jednak dr Powell/Brewer natrafia na drobne ślady, które utwierdzają go w przekonaniu, że prot, choć wyjątkowy, nadal jest pacjentem, któremu powinien pomóc.