电影的一开始，就运用长达十三分钟的长镜头来展示蔚蓝色的地球，太空里除了对讲机里偶尔传来的任务指令和吴景实验的指令长王卫絮絮叨叨的聊天之外异常安静，可惜这种祥和的气氛并没有持续多久。
故事的时间是2030年，颜丹辰饰演的女航天员刘飞扬这次进入太空是为了检修羲和号飞船的太阳能帆板，吴景扮演的指令长王卫在一旁绕飞陪伴。
就在工作即将完成的时候，太原指挥中心告知他们一个坏消息，一颗陨石撞击了卫星，造成的碎片又打到了别的卫星，制造出更多碎片，以飞快的速度向刘飞扬所在的位置袭来。
此时，飘过来的碎片击中了羲和号飞船的所在位置，巨大的动能将刘飞扬被甩了出去，不停的在太空中翻转，不光与同伴中断了联系，还没办法得知自己的位置。
好在王卫沉着冷静，及时用无线电联系到了刘飞扬，并利用自己的装备前来营救。
但是等他们回到羲和号飞船，惊讶的发现飞船已经被摧毁。
其他几个宇航员已经丧生。
他俩是最后的幸存者。
王卫是指令长，出舱经验丰富，知道此时只有飞到天宫号空间站，利用其中的紧急逃生舱飞回地球。
刘飞扬的太空服氧气不足，王卫只能一边安慰一边带着她行走，但是等抵达天宫号空间站的时候，王卫背包上的推进器也不行了，最终撞上空间站，然后两人之间的绳索被太阳能帆板切断，幸运的是刘飞扬用脚钩住了缆绳，但他把手伸向王卫的时候，却只抓住了王卫身上的安全锁。
在巨大的离心力的作用下，刘飞扬脚上的缆绳也开始慢慢滑落。
为了不让两人搜死，王伟把生存机会留给了刘飞扬，自己断开他们之间的绳索，向远处飘去，刘飞扬通过无线电大喊：“指令长，回来。”
王卫告诉刘飞扬：“我已经无法返回地球，飞扬，你继续前进。”
然后一直用自己的知识指导并鼓励她，让她保持清醒。
刘飞扬钻进空间站，迫不及待脱了宇航服，大口呼吸着氧气，她就像卷缩在母亲肚子里的婴儿一样，享受着片刻的宁静，
但是空间站也受损严重，还发生了火灾，刘飞扬在混乱中拿着一个灭火器到了有推动器的舱位。
不料前进时舱后的降落伞被缠住，而此时距离碎片的第二次袭击只有7分钟了。
所幸刘飞扬动作够快，出舱处理降落伞，然后再碎片袭击来之前带着救生舱飘向国际空间站。
但推动器已经没动力了。
在试图用无线电联络无果后，刘飞扬心怀死志，感受着救生舱越来越低的温度，最后看了一眼窗外那蔚蓝的星球，准备坦然面对死亡。
嘴里开始背诵那篇文章：“人总是要死的，但死的意义有不同。中国古时候有个文学家叫做司马迁的说过：“人固有一死，或重于泰山，或轻于鸿毛。”为人民利益而死，就比泰山还重；我是为了人类的太空事业而死，是比泰山还要重的……”
一边背诵一边流泪，声音也越来越低。
但是突然间，刘飞扬脑海中出现了关于家庭的幻象，他的军人丈夫正在朱日和指挥蓝军横扫六合，她的女儿拿到了小学歌唱比赛第一名。
丈夫女儿都说了，这些功绩有她的一半。
紧接着他又梦到了王卫，王卫指导她，启动降落程序后可以用备用动力继续前行。
刘飞扬恢复了希望，启动降落程序，并向国际空间站进军……
国际空间站的救生舱也遇到了麻烦，最终成功克服了，刘飞扬乘坐的救生舱终于返回地面，跌落在内蒙古高原的大草原上。
当刘飞扬艰难的打开舱门，爬出舱门，狠狠地抓着一把泥土。