Moonshot, một bộ phim hài lãng mạn với chất thơ tiến bộ, đưa chúng ta vào năm 2049, nơi ước mơ du hành vũ trụ không còn xa vời. Walt, một nhân viên pha chế tràn đầy nhiệt huyết, bỗng dưng trở thành tâm điểm của câu chuyện khi được cơ hội thực hiện giấc mơ đi lên Sao Hỏa. Hắn đã nộp đơn cho Kovi Industries Student Mars Program tới 37 lần, nhưng mọi nỗ lực của Walt đều bị từ chối vì sự thiếu kiến thức và chuyên môn. Trong một buổi tiệc trường đại học, một tình huống ngẫu nhiên xảy ra khi Walt vô tình phá vỡ mạng internet cho một sinh viên đang trò chuyện video với người yêu của mình trên Sao Hỏa. Tại bữa tiệc đó, Walt gặp Ginny, một sinh viên xinh đẹp, và họ nhanh chóng nảy sinh tình cảm, đồng thời Ginny được chọn là một trong những sinh viên được gửi lên Sao Hỏa. Sau đó, khi Calvin – sinh viên vô nghĩa kia – quyết định ở lại Sao Hỏa lâu hơn, Walt quyết tâm theo đuổi Ginny. Hắn thuyết phục Sophie, được gán nhiệm vụ pha chế cà phê cho anh, mua vé để lên Sao Hỏa trong chuyến phóng tiếp theo của tàu con thoi. Bị cuốn hút bởi sự cuồng nhiệt trong tình yêu của Walt, Sophie đồng ý. Tuy nhiên, để giúp Walt lén lên tàu, Sophie phải giả làm một thành viên trong gia đình của anh. Cả hai phải tuyên bố đang có mối quan hệ trên tàu để che giấu mặt thật của Walt với những người khác. Trong suốt chuyến đi, mối quan hệ giữa Walt và Sophie ngày càng thắt chặt. Với tinh thần phỏng vấn đặc biệt, Walt buộc phải thuyết trình về địa hình, một chủ đề hoàn toàn xa lạ với anh. Tuy nhiên, bằng cả trái tim và sự rung động tỏa ra từ lời phát biểu về tình yêu, Walt có thể thuyết phục cả một khán giả, bao gồm chính bản thân mình.
