Lucy Colová (Natalie Portmanová) prošla kvůli své práci astronautky řadou psychologických testů. Když je vybrána na dlouhou vesmírnou misi, tak si na palubě rakety začne románek se svým kolegou Markem Goodwinem (Josh Hamm). Když se ale posádka vrátí na zem, Mark si začne s jinou ženou. A to Lucy velmi špatně nese. Na tohle ji žádné psychologické zkoušky nepřipravili a astronautka rychle osciluje od zoufalství k šílenství. A to se blíží další mise...
Filmový režisérský debut Noaha Hawleyho (oblíbené seriály Fargo a Legion) se inspiroval skutečnými událostmi. V roce 2007 byla astronautka Lisa Nowaková odsouzena za pokus o únos vojenské pilotky Colleen Shipmanové. Ta byla ve vztahu s astronautem Williemem Oefelinem, do kterého byla od jejich společné mise Nowaková beznadějně zamilovaná.
Název filmu se inspiroval populární písní Lucy in the Sky With Diamonds kapely Beatles. Její instrumentální verzi také používá jako součást soundtracku.