库伯是一名前NASA宇航员，也是一名工程师。人类文明危在旦夕，每天只是在种植食物、吃饭喝水中度过，不再进行发明创造，不需要工程师，库伯没有工作可做，没有新创意的诞生。库伯也是一个鳏夫，有两个孩子。有一天，一个空前伟大的冒险机会来敲门，他能重拾梦想回到宇航员的位置，但对于库伯来说，当这个他曾痛苦放弃的梦想又回来，他却需要付出离开家庭的代价去追逐梦想；而且，他甚至不知道哪天才能结束冒险回家，就连能不能回来都是个问题。

库伯深爱的女儿，也一样喜欢科学，热爱探索， 库伯要离开她展开探索，在不同时空的父女二人被一个特殊物件所连接，她长大成人后，也成为了美国太空总署的科学家。

女科学家，与库伯及其他两位科学家、两个机器人一同出发，穿越虫洞到另一个空间去探寻三个最有可能居住的星球，也面临着有去无回的险境。

艾米莉亚的父亲，他率领的顶尖团队部署星际之旅，去太阳系外寻找可以居住的星球。