Kisah ini berlaku di London pada tahun 1862. James (lakonan Eddie Redmayne) adalah seorang saintis muda yang sangat ideal dan bercita-cita tinggi yang komited untuk mempelajari teknologi ramalan cuaca Walau bagaimanapun, masalah kewangan menghalangnya daripada menggunakan teknologi belon udara panas yang dibawanya hasil penyelidikan ke langit, jadi dia menemui seorang wanita bernama Emilia (Felicity Jones). Emilia adalah juruterbang belon udara yang sangat berpengalaman, tetapi kini dia ketagih dengan masa lalu yang menyakitkan dan tidak dapat melepaskan dirinya. Dia bersetuju dengan permintaan James, dan kedua-duanya memulakan pengembaraan mereka dalam belon udara panas, dan dengan kebijaksanaan dan keberanian mencapai tahap yang tidak pernah manusia jejaki. Namun, semakin tinggi mereka terbang, semakin besar bahaya yang mereka hadapi.