L'action se situe en 1958 dans la petite ville minière de Coalwood, en Virginie-Occidentale.
Le lancement du premier satellite russe, le Spoutnik, en octobre 1957, eut un retentissement mondial. A Coalwood, Homer Hickam (Jake Gyllenhaal), le fils cadet du responsable de la mine encore lycéen, se lance, avec ses copains, dans la construction d’une fusée. Autour de lui, il ne rencontre que moqueries et incrédulité, voire hostilité de la part d’une communauté pour laquelle le seul avenir est de travailler à la mine comme l’ont fait avant eux leurs pères et grands-pères. Le seul soutien leur vient de leur jeune professeur de sciences, Freida Riley (Laura Dern), qui les encourage à participer à un concours scientifique régional.
Malgré toutes les difficultés rencontrées, la ténacité des quatre copains finit par payer et, non seulement ils deviendront les héros de la petite ville mais obtiendront chacun une bourse universitaire, grande première dans un pays où, jusque-là, seuls les sportifs avaient des chances d’en décrocher une.