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，他找到了名爲艾米莉亞（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，並且憑藉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。