En 1955, colegiales y padres de todo el país se reúnen para un concurso escolar dedicado a la observación de fenómenos astronómicos (Junior Stargazer Convention) que se lleva a cabo en una ciudad ficticia del desierto estadounidense llamada Asteroid City. La convención se verá espectacularmente interrumpida por eventos que cambian el mundo.
Eleanor Arroway perdió la fe en Dios tras la muerte de sus padres en su niñez. Sin embargo, Ellie ha desarrollado una clase distinta de fe en lo desconocido: trabaja con un grupo de científicos escrutando ondas de radio procedentes del espacio exterior en busca de señales de inteligencias extraterrestres. Su trabajo se verá recompensado cuando detecte una señal desconocida que supuestamente porta las instrucciones de fabricación de una máquina para reunirse con los creadores del mensaje.