La sonda espacial Voyager 2, lanzada en 1977, transporta un disco fonográfico de oro con un mensaje de paz, invitando a las civilizaciones extraterrestres a visitar la Tierra. La sonda es interceptada por un planeta alienígena, que envía una pequeña nave exploradora para establecer el primer contacto con la Tierra. En lugar de saludar a la nave, el gobierno estadounidense la derriba. Al estrellarse en Chequamegon Bay, Wisconsin, el único ocupante alienígena, que parece una bola flotante de energía brillante, encuentra la casa de Jenny Hayden, que acaba de enviudar. El alienígena utiliza un mechón de pelo de su difunto marido, Scott, para clonarse un cuerpo mientras Jenny observa aterrorizada. El alienígena "Starman" lleva consigo siete pequeñas esferas de plata que le proporcionan energía para realizar hazañas milagrosas. Utiliza la primera para enviar un mensaje a su pueblo en el que afirma que la Tierra es hostil y que su nave espacial ha sido destruida. Se cita con ellos dentro de tres días. A continuación, utiliza la segunda esfera para crear un mapa holográfico de los Estados Unidos y coacciona a Jenny para que le lleve al punto de encuentro en Arizona.

Al principio, Jenny se muestra hostil y le tiene miedo, pero intenta escapar. Gracias a los conocimientos básicos de inglés adquiridos en el disco de la Voyager 2, el Hombre de las Estrellas aprende a comunicarse con Jenny y le asegura que no quiere hacerle daño. Le explica que si no llega al punto de encuentro, el cráter Barringer de Arizona, en tres días, morirá. Jenny, comprensiva pero desconfiada, le enseña a conducir y a utilizar tarjetas de crédito para que pueda continuar el viaje solo. Cuando resucita a un ciervo muerto, ella queda profundamente conmovida y decide quedarse con él. Las autoridades persiguen a la pareja por todo el país. Un agente de policía dispara y hiere de gravedad a Jenny. Para escapar, el Hombre de las Estrellas estrella su coche contra un camión cisterna y utiliza otra esfera para protegerlos de la explosión. Se refugian en una casa rodante que está siendo remolcada. Utiliza otra esfera de plata para curar a Jenny. Tras asegurarse de que Jenny se recuperará, hace autostop hacia Arizona sin ella, pero Jenny consigue alcanzarle mientras él y su chófer son detenidos en un control de carretera. Reunidos, hacen autostop juntos, reanudando su viaje hacia el cráter.

Más tarde, mientras viajan de polizones en un vagón de ferrocarril, tienen relaciones sexuales. El Starman le dice a Jenny: "Esta noche te he dado un bebé". Jenny le explica que es estéril y no puede tener hijos, pero él le asegura que está embarazada. Le explica que Scott es el padre póstumo, ya que Starman utilizó el ADN de Scott para clonarse a sí mismo. Como hijo también de Starman, su hijo poseerá todos los conocimientos de Starman y crecerá para ser profesor. Starman se ofrece a detener el embarazo si ella lo desea, pero Jenny lo abraza con alegría, aceptando el regalo. Accidentalmente viajan demasiado lejos en el tren y llegan a Las Vegas. Jenny pierde su cartera. El Starman utiliza una de sus últimas monedas en una máquina tragaperras, que manipula para ganar el bote de 500.000 dólares. Compran un coche nuevo para completar su viaje a Arizona.

El director de la Agencia de Seguridad Nacional, George Fox, se entera de que la trayectoria de vuelo del Hombre de las Estrellas, antes de ser derribado, era hacia el cráter Barringer y dispone que el Ejército capture al Hombre de las Estrellas, vivo o muerto. El científico del SETI Mark Shermin, otro funcionario del gobierno implicado en el caso, critica el enfoque de mano dura de Fox y le recuerda que el Hombre Estelar fue invitado a la Tierra. Consternado al enterarse de que Fox planea viviseccionar al alienígena, Shermin decide ayudar al Hombre de las Estrellas a escapar en lugar de dejar que Fox lo capture.

Jenny y el Starman, que agoniza lentamente, llegan al cráter mientras los helicópteros del ejército les persiguen. Justo cuando se ven rodeados, aparece una gran nave espacial esférica que desciende hasta el cráter. La luz rodea a la pareja y Starman se cura por completo de inmediato. Mientras se prepara para partir, le dice a Jenny que no volverá a verla. Jenny le pide que se la lleve, pero él le dice que morirá en su mundo. Le entrega su última esfera de plata y le dice que su hijo sabrá qué hacer con ella. Jenny observa cómo parte la nave.