La historia se centra en la astronauta Lucy Cola, interpretada por Natalie Portman, que queda maravillada de su primera misión en el espacio. Tras regresar a la Tierra, se siente ajena a su vida mundana con su marido y su sobrina. Se le exige que pase por la terapia de la NASA y se le recomienda que descanse. Sin embargo, empieza a esforzarse física y mentalmente para poder volver al espacio en la siguiente misión disponible. Más tarde, Lucy empieza a pasar tiempo con otros astronautas que han estado en el espacio y, finalmente, comienza un romance con uno llamado Mark, interpretado por Jon Hamm, después de estar aburrida y molesta con su solidario marido.

Durante el entrenamiento, Lucy se ve amenazada por una astronauta más joven llamada Erin, interpretada por Zazie Beets, a la que ve como competencia. Casi se ahoga durante una prueba subacuática en un intento de batir un récord establecido previamente por Erin. Sin embargo, Lucy se mantiene completamente tranquila durante todo el tiempo, con los latidos de su corazón cada vez más silenciosos. Más tarde se entera de que Mark también tiene una aventura con Erin, lo que hace que Lucy se sienta aún más sola. Incapaz de aceptarlo, intenta intensificar su relación con Mark y le exige que termine con Erin.

Más tarde, la abuela de Lucy muere de un derrame cerebral, un acontecimiento que la hace entrar en una espiral aún mayor, y su comportamiento errático se convierte en una preocupación aún mayor para su marido. Tras el funeral de su abuela, se derrumba y abandona a su marido con su sobrina adolescente. Una escena importante en este punto es la de ella llorando en el baño de una bolera y preguntando: "¿Esto es lo mejor que puede pasar?".

¿Por qué Lucy intenta derribar a Mark?

La administración de la NASA le dice a Lucy que ha sido descartada para la próxima misión debido a su incidente de ahogamiento y a una serie de otros problemas. Le aseguran que puede optar a la siguiente misión dentro de 3 años, pero ella se convence de que ha sido descartada por motivos ocultos. Entonces entra en el ordenador de Mark, en el que encuentra pruebas de que no sólo ha continuado su aventura con Erin, sino que también ha instado a la NASA a que deje de lado a Lucy para la misión. Su paranoia se confirma aún más cuando se entera de que Erin ha sido seleccionada para la misión.

Cuando Lucy pierde el control de la realidad, decide vengarse de Mark y Erin. Lleva a su sobrina a un viaje a través del país. Mientras tanto, sufre alucinaciones de su abuela y deja mensajes erráticos a la NASA. Más tarde, disfrazada con una peluca, irrumpe en el aeropuerto donde se encuentran Mark y Erin. Luego sigue a Mark hasta su coche e intenta enfrentarse a él en medio de una crisis nerviosa, pero se detiene cuando Erin aparece en escena. Sin saber qué hacer a continuación, rocía la cara de Mark con un spray para insectos y se marcha a toda velocidad en el coche. La policía la detiene en un intento de huida y la acusa de un delito grave al encontrar una serie de armas en su coche.

Explicación del final de Lucy in the Sky

En el final de Lucy in the Sky, hay un salto temporal de tres años en el que se muestra a su sobrina dando una presentación en clase, con el marido de Lucy entre el público. Esto nos indica que Lucy ya no forma parte de sus vidas y que han seguido adelante con sus vidas sin ella.

En cuanto a Lucy, se la muestra trabajando como apicultora. Cierra una de las colmenas, abre la capucha de su traje protector y sonríe momentáneamente a las abejas y a una mariposa que vuelan a su alrededor. Esto nos dice que ahora ha elegido una vida pacífica y tranquila, que es la que más se acerca a la paz y la tranquilidad que sentía en el espacio.

La mariposa se utiliza como metáfora del proceso de transformación de los estados de conciencia de un momento a otro de la vida. De conocer algo en la superficie, se pasa a una experiencia profunda que conduce a una capacidad y percepción totalmente nuevas. Esta metáfora encaja con el personaje de Lucy, ya que toda su historia se basa en cómo una experiencia cambió tanto su percepción que descarriló toda su vida.