En octubre de 1957, la noticia del lanzamiento del Sputnik 1 por parte de la Unión Soviética llega al pueblo de Coalwood, en Virginia Occidental, donde la mayoría de los residentes masculinos trabajan en las minas de carbón. Mientras los habitantes del pueblo se reúnen fuera para ver el satélite orbitar por el cielo, Homer Hickam se anima a construir sus propios cohetes para escapar del tedio de Coalwood. Su familia y sus compañeros no reaccionan con agrado, especialmente su padre John, el superintendente de la mina, que quiere que Homer se una a él en las minas.

Homer se une a Quentin Wilson, un friki de las matemáticas que comparte su interés por la ingeniería aeroespacial; con el apoyo de sus amigos Roy Lee Cooke y Sherman O'Dell, y de su profesora de ciencias en el instituto Big Creek, la señorita Freida J. Riley, los cuatro construyen pequeños cohetes. Aunque sus primeros lanzamientos fracasan, experimentan con nuevos combustibles y diseños y finalmente tienen éxito. Aunque el periódico local publica una historia sobre los chicos, son acusados de iniciar un incendio forestal con un cohete perdido y son arrestados. Después de que John recoja a Homer, Roy Lee es golpeado por su abusivo padrastro, Vernon. John interviene y rescata a Roy Lee, advirtiendo a Vernon que protegerá a Roy Lee como lo hubiera hecho su difunto padre.

Tras el arresto, los chicos están abatidos y abandonan la cohetería, destruyendo su lugar de lanzamiento. En un accidente minero, John resulta herido al rescatar a otros, y Ike Bykovsky (un trabajador de la mina que permitía a Homer utilizar el taller de máquinas para fabricar componentes de cohetes, y que más tarde fue trasladado al subsuelo para obtener una mejor paga) es asesinado. Homer abandona el instituto para trabajar en la mina y mantener a su familia mientras su padre se recupera.

Más tarde, Homer se inspira en la señorita Riley para leer un libro sobre ciencia aplicada a los cohetes, aprendiendo a calcular la trayectoria de un cohete. Gracias a ello, él y Quentin localizan el cohete desaparecido y demuestran que no pudo ser la causa del incendio. Los chicos presentan sus hallazgos a la señorita Riley y al director de la escuela, el señor Turner, quien determina que la causa fue una bengala de un aeródromo cercano. Homer vuelve a la escuela por invitación especial; los chicos vuelven a la cohetería y ganan la feria de ciencias de la escuela. Cuando surge la oportunidad de que uno de ellos participe en la Feria Nacional de Ciencias de Indianápolis, eligen a Homer.

El sindicato de mineros se pone en huelga contra la compañía de carbón, lo que enfurece a John. Mientras la familia cena, Vernon dispara a la cocina pero no alcanza a John, que desestima los temores de su familia, lo que lleva a una acalorada discusión con Homer. Con las minas a punto de cerrar y resentido por las presiones de su padre, Homer se marcha de la casa prometiendo no volver jamás.

En la feria nacional de ciencias, la exposición de Homer es bien recibida, y disfruta de popularidad y de algunas visitas. De la noche a la mañana, alguien le roba su modelo de pieza de cohete mecanizada -la tobera de Laval- y su foto autografiada del Dr. Wernher von Braun. Homer llama urgentemente a su madre, Elsie, que implora a John que ponga fin a la huelga para que el Sr. Bolden, sustituto de Bykovsky, pueda utilizar el taller mecánico para construir una tobera de repuesto. John cede cuando Elsie, harta de su falta de apoyo a su hijo, amenaza con dejarle. Con el apoyo del pueblo y las piezas de repuesto enviadas rápidamente a Indianápolis en autobús, los chicos ganan el primer premio y Homer es bombardeado con ofertas de becas universitarias. También es felicitado por el propio Von Braun, aunque no se da cuenta de la identidad de su ídolo.

Homer regresa a Coalwood como un héroe y visita a la señorita Riley, que se está muriendo de linfoma de Hodgkin. En el lanzamiento de su mayor cohete hasta la fecha, el Miss Riley, John, que nunca había asistido a ninguno de los lanzamientos, se presenta en el último momento y se le concede el honor de pulsar el botón de lanzamiento. El Miss Riley alcanza una altitud de 9.100 metros, más alta que la cumbre del Everest. Mientras el pueblo mira al cielo, John pone lentamente su mano en el hombro de Homer y sonríe, mostrando finalmente a Homer que está orgulloso de él.

Un epílogo, en el que se utilizan imágenes de películas caseras, revela los resultados reales de las vidas de los protagonistas.