Історія розповідає про Люсі Кола (Наталі Портман), астронавтку, яка повертається на Землю після трансформаційної космічної місії. Намагаючись пристосуватися до звичайного життя, Люсі стає все більш незадоволеною і відірваною від світу. Поглинута романом з колегою-астронавтом Марком Ґудвіном (Джон Гемм), життя Люсі набуває бурхливого повороту. Фільм досліджує теми ідентичності, одержимості та психологічних наслідків космічних подорожей, черпаючи натхнення з реального досвіду астронавтки Лізи Новак. "Люсі в небі" заглиблюється у складність людських емоцій та виклики повернення на Землю після пізнання просторів космосу.