Une spationaute française se prépare à rejoindre la Station spatiale internationale. Pour cela, elle doit laisser sa fille sur Terre pendant un an.
Astronaute ayant toujours rêvé de partir dans l'espace, la Française Sarah Loreau est désignée pour participer à la mission Proxima, aux côtés de l'Américain Mike Shanon et du Russe Anton Ochievski. La préparation physique s'annonce difficile. Mais Sarah est aussi inquiète de devoir quitter pendant un an sa fille Stella, une enfant sensible qui a des difficultés à l'école. C'est Thoma, astrophysicien, ex-compagnon de Sarah et père de Stella, qui s'occupera de la fillette pendant que Sarah sera à bord de la Station spatiale internationale. Avant le décollage, Sarah suit un entraînement complexe à Star City, le centre d'entraînement russe, entourée d'une grande majorité d'hommes...
Loin du spectaculaire, Alice Winocour livre le portrait d'une femme déchirée entre deux passions, magnifiquement interprétée par Eva Green.