Trong tương lai gần, Nathaniel Shepard, CEO của Genesis, tiến hành sứ mệnh định cư đầu tiên trên Sao Hỏa. Trong cuộc hành trình, phi hành gia trưởng, Sarah Elliot, đã phát hiện ra mình đang mang thai. Ngay sau khi đáp xuống Sao Hỏa, cô qua đời do sản giật sau khi hạ sinh ra đứa bé đầu tiên được sinh ra trên Sao Hỏa. Không ai biết cha đứa bé là ai. Trong tình trạng tiến thoái lưỡng nan này, Nathaniel quyết định giữ bí mật về đứa trẻ nhằm tránh các thiệt hại về danh tiếng cho công ty.

16 năm sau, Gardner Elliot đã trở thành một cậu bé thông minh và ham học hỏi, và cậu chỉ sống với 14 người khác trên Sao Hỏa với điều kiện nuôi dưỡng khác biệt. Một ngày, vì muốn tìm hiểu về mẹ mình, cậu đã hack vào robot Centaur mà cậu từng giúp đỡ chế tạo nên nhằm truy cập vào kho chứa của phi thuyền. Tại đây cậu đã tìm được thông tin về mẹ mình, cùng với đó là một chiếc nhẫn cưới và một ổ USB có chứa một đoạn video có mặt cô cùng một người đàn ông trên bãi biển. Nghĩ rằng người đàn ông đó là cha của mình, Gardner bắt đầu cuộc hành trình tìm kiếm ông ở Trái Đất.

Gardner đăng nhập vào một phòng chat trực tuyến, nơi cậu đã có một mối quan hệ trực tuyến với Tulsa, một cô gái sống đường phố thông minh đến từ Colorado, đang liên tục bị xáo trộn cuộc đời bởi hết người nhận nuôi này đến người nhận nuôi khác. Dưới danh nghĩa sống giới hạn trong một căn hộ penthouse do vấn đề sức khỏe thiếu xương, hai người thảo luận kế hoạch của họ cho tương lai. Gardner hứa hẹn một ngày nào đó cậu sẽ đến gặp cô bé. Sau đó cậu xem một bộ phim tiếng Đức, Wings of Desire, kể về một thiên thần rơi xuống Trái Đất.

Người mẹ nuôi của cậu, phi hành gia Kendra Wyndham, đã gọi video cho Nathaniel và giám đốc Genesis là Tom Chen để thông báo cho họ biết tình trạng trí thông minh phi thường của Gardner và cầu xin họ cho phép cậu bé đến Trái Đất. Nathaniel từ chối, bởi nếu vậy Gardner sẽ phải trải qua một cuộc phẫu thuật đầy nguy hiểm nhằm tăng mật độ xương của mình và sau đó còn phải được đào tạo để thích ứng với áp lực khí quyển của Trái Đất. Gardner vẫn quyết tâm thực hiện cuộc giải phẫu và sau khi được đào tạo, cậu, Kendra và một số phi hành gia khác lên tàu con thoi vũ trụ hướng về Trái Đất.

Vào ngày tàu con thoi vũ trụ đáp xuống, Nathaniel phát hiện ra rằng Gardner đang trên tàu. Ông giận dữ khiển trách Tom, người đã qua mặt ông ta về việc này. Bỏ qua sự tức giận của mình, Nathaniel thăm Gardner, lúc này đang bị cách ly ở NASA trong khi trải qua các thử nghiệm y khoa để xác định liệu cậu có phù hợp với cuộc sống trên Trái Đất hay không. Sau khi Kendra đến thăm, Gardner đã biết được rằng cậu không phù hợp với cuộc sống trên Trái Đất. Tuyệt vọng, Gardner đã táo bạo bỏ trốn và đi nhờ xe một quãng đường dài để tìm Tulsa. Khi nhìn thấy cậu, Tulsa đã đánh cậu vì cô làm cô buồn, vì "Gardner đãm bám lấy tâm trí của cô ấy trong 7 tháng". Tuy nhiên, Tulsa tha thứ cho cậu và Gardner đã thuyết phục được cô đồng ý giúp anh tìm được cha mình. Họ tạt qua nhà cô bé để lấy đồ tiếp liệu cho cuộc hành trình, nhưng lại bị Nathaniel và Kendra tìm thấy. Trong khi cố gắng thuyết phục cậu trở lại NASA, Gardner giận dữ chất vấn Kendra - lúc này đã thừa nhận rằng bà không muốn có con, và cậu trốn thoát với Tulsa trên một chiếc máy bay cũ mà cha nuôi của cô đang làm việc. Máy bay đột ngột mất áp suất dầu trong khi vẫn còn trên bầu trời. Tulsa quyết định đáp mạnh máy bay vào một chuồng trại cũ bỏ hoang, điều này gây ra một vụ nổ lớn bốc lửa. Họ trốn thoát an toàn đến một quán ăn tối, nơi họ xác định vị trí của pháp sư chủ trì hôn lễ của cha mẹ Gardner tên là Shaman Neka.

Tin rằng Gardner đã chết, Nathaniel rất đau buồn và Kendra giận dữ với ông. Sau khi phát hiện ra rằng không có xác nào được tìm thấy trong đống đổ nát, họ nhận được một tin tức kinh khủng - cơ thể của Gardner chứa hàm lượng troponin cao nguy hiểm, có nghĩa là cậu có một trái tim to bất thường. Trái tim của cậu không thể chịu được áp lực khí quyển của Trái Đất và vì vậy Gardner phải quay về sao Hỏa ngay lập tức nếu cậu muốn sống sót. Cuộc tìm kiếm được tiếp tục và họ tìm ra cảnh quay CCTV của Gardner và Tulsa trong bãi đậu xe ở siêu thị, nơi họ đã mua quần áo và đồ tiếp liệu cho cuộc hành trình. Trong suốt hành trình, Gardner nói với Tulsa sự thật - rằng cậu đã được sinh ra và lớn lên trên sao Hỏa. Không muốn chấp nhận sự thật, cô ép cậu ta ra khỏi xe nhưng sau đó lại tha thứ cho Gardner vì cậu hứa sẽ không bao giờ nói dối cô lần nữa, dù cô vẫn không tin cậu.

Vào ban đêm, họ cắm trại dưới ánh sao, nơi mà họ ngủ với nhau. Vào buổi sáng, họ được phát hiện ra bởi một người đi theo Shaman Neka và được mang đến chỗ ông ta. Ông đồng ý giúp họ. Mũi của Gardner bắt đầu chảy máu, cậu cố che giấu điều này trong khi Tulsa đang truy cập hồ sơ để có được vị trí của ngôi nhà ven biển ở Summerland, California.

Trước khi bắt đầu cuộc hành trình, họ thực hiện một đường vòng để đi qua Las Vegas. Mũi của Gardner bắt đầu chảy máu lại, cậu ngất xỉu và được đưa đến bệnh viện. Sau khi nhìn thấy các ống carbon trong xương của Gardner trên bảng kết quả X quang tại bệnh viện, Tulsa nói với Gardner bây giờ cô đã tin rằng cậu được sinh ra trên sao Hỏa, nhưng cô lại có kế hoạch để lại cậu ta trong bệnh viện, bởi cậu quá ốm yếu để tiếp tục cuộc hành trình. Gardner tiết lộ rằng cậu biết cậu sẽ không còn tồn tại trên Trái Đất bao lâu nữa và tất cả những gì cậu ta muốn là gặp cha mình trước khi cậu ta chết. Tulsa đưa ra quyết định giúp cậu trốn thoát. Họ ăn cắp một chiếc ô tô và lái xe tới bãi biển. Ở đó, họ gặp người đàn ông trong video, người này đẫ tiết lộ rằng anh ta không phải là chồng của Sarah Elliot, nhưng là anh trai của cô ấy. Tuy nhiên, anh ta nghĩ rằng cả hai đang nói dối anh ta. Gardner chạy xuống biển và nói với Tulsa rằng đây là nơi mà cậu muốn chết. Cậu ngất xỉu. Tulsa điên cuồng cố gắng kéo cậu lên bờ, nhưng cậu quá nặng đối với Tulsa. Nathaniel và Kendra đến đúng lúc để cứu cậu. Sau khi Nathaniel thực hiện liệu pháp CPR với cậu, Gardner hỏi ông về mẹ Sarah và nói rằng cậu biết rằng Nathaniel là cha ruột của mình. Nathaniel, Kendra và Tulsa đưa Gardner lên phi thuyền Dream Chaser. Họ dự định phóng chiếc phi thuyền vào tầng bình lưu để ổn định sức khỏe của cậu. Bởi chỉ nhiêu đó vẫn chưa đủ tác dụng nên Nathaniel đã quyết định phóng phi thuyền ra hẳn vũ trụ trong tuyệt vọng. Không có trọng lực Trái Đất, Gardner hồi sinh.

Sau đó không lâu, Gardner lên một tàu không gian để trở lại sao Hỏa. Tulsa và Gardner đã chia tay trong xúc động. Kendra, người đang ở lại Trái Đất vì đã quyết định nghỉ hưu, đã nhận nuôi Tulsa. Quyết tâm gặp lại Gardner trên sao Hỏa, Tulsa tham gia chương trình đào tạo của Kendra. Trở lại sao Hỏa cùng với cha ruột Nathaniel của mình, Gardner rất vui khi được về nhà.