Die junge Astronautin Sarah (Eva Green) hat sich ein hohes Ziel gesetzt: Sie will als erste Frau den Mars erforschen. Als sie für die einjährige Weltraummission Proxima ausgewählt wird, beginnt eine intensive Vorbereitung auf den Aufbruch ins All und den Abschied von der Erde. Zusammen mit ihren Crew-Mitgliedern bereitet sich Sarah im ESA-Trainingsprogramm auf das Funktionieren im Kosmosvor. Sie geht an ihre physischen und psychischen Grenzen und lernt in jeder Situation, die Kontrolle zu bewahren. Alles in ihr ist auf jenen Moment hin konditioniert, in dem sie die Erde verlässt. Nur eines kann sie nicht trainieren: den Abschied von ihrer kleinen Tochter Stella. Sarahs letzte Tage vor ihrem Flug ins All sind geprägt von dem Kampf, das Unvereinbare zusammen zu zwingen: ihre Verantwortung für den Menschen, der ihr alles bedeutet und die unbedingte Hingabe an ihren Beruf.