故事發生在1862年的倫敦,詹姆斯(埃迪·雷德梅恩 Eddie Redmayne 飾)是一位非常有理想抱負的年輕科學家,致力於研究天氣預報技術,然而,經濟上的窘迫讓他無法使用自己的熱氣球將研究成果帶上天空,於是,他找到了名為艾米莉亞(菲麗希緹·瓊斯 Felicity Jones 飾)的女子。
艾米莉亞是一個經驗非常豐富的熱氣球飛行員,如今卻沉溺在一段痛苦的往事之中無法自拔。她答應了詹姆斯的請求,兩人共同駕駛著熱氣球開始了他們的冒險,並且憑借著智慧和勇氣抵達了人類從未涉足過的高度。然而,當他們飛的越高,所要面對的危險就越大。