Joan Goodwin è sempre stata ossessionata dalle stelle. Riflessiva e riservata, è soddisfatta della sua vita come docente di Fisica e Astronomia alla Rice University e come zia di Frances, una ragazzina decisamente sveglia per la sua età. Questo almeno fin quando scopre da un annuncio che la NASA è in cerca delle prime donne scienziate per il programma Space Shuttle. In quel preciso istante, inizia a desiderare molto di più: vuole essere fra le poche persone ad andare nello spazio.

Scelta fra centinaia di candidati nell'estate del 1980, Joan inizia l'addestramento come astronauta insieme a un gruppo di colleghi eccezionali: il pilota Top Gun Hank Redmond e lo scienziato John Griffin, sempre gentili e disponibili, anche quando la posta in gioco è alta; Lydia Danes, specialista di missione, che ha sgobbato troppo per arrivare dov'è e non si può permettere di fallire; l'affettuosa Donna Fitzgerald, impegnata a nuotare tra i suoi stessi segreti; e Vanessa Ford, ingegnere aeronautico in grado di aggiustare qualsiasi motore e pilotare qualsiasi velivolo, magnetica e misteriosa.

Mentre si preparano per il loro primo volo, Joan scopre un amore e una passione che non avrebbe mai immaginato, e comincia a mettere in dubbio tutto ciò che ha sempre creduto di sapere sul suo posto nell'universo. Ma nel dicembre del 1984, durante la missione STS-LR9, tutto cambia in un istante.