中国女航天员林星执行空间站驻留任务期间，国际空间站突发故障，美国宇航员杰克搭乘俄罗斯飞船紧急转移到中国空间站。两个来自敌对国家的宇航员在密闭的“天宫”中被迫共处45天。最初，两人冷漠警惕，只用英语进行必要工作交流。但在一次舱外维修任务中，林星的保险绳断裂，杰克飞身救她，两人在无边黑暗的太空中紧紧抱在一起。此后，他们用手语、中文和英语混合交流，分享食物、音乐和各自的梦想。杰克教林星弹吉他，林宗教杰克写书法。地面控制中心发现两人的暧昧对话后，下令隔离。返回地球前夕，杰克在舱壁上用荧光笔画了一幅画：“我们会在地球上重逢吗？”林星擦了擦眼泪：“在梦里吧。”两人返回地球后，均被所在国隔离审查，再也没有联系。但最后一幕，林星在航天博物馆看到一件宇航服，上面的签名里有杰克的笔迹：“To Star, from Jack.”
