Romain (Quentin Challal) est un garçon de 13 ans atteint depuis sa naissance de Xeroderma pigmentosum, une maladie génétique rare qui le contraint notamment à rester à l'abri de la lumière du jour en raison des rayons ultraviolets qui provoquent des dommages à l'ADN que ses cellules ne peuvent naturellement réparer, entraînant irrémédiablement des cancers cutanés multiples. On appelle les enfants atteints de cette maladie « Les enfants de la lune » car ils doivent vivre à l’abri de la lumière diurne.
Romain est suivi par le dermatologue David Assoland (Vincent Lindon) avec lequel il a noué au cours des années une relation d'autant plus filiale qu'il vit seul avec sa mère. David cependant, après une longue carrière au CHU de Bayonne obtient enfin un poste convoité depuis de nombreuses années à l'Organisation mondiale de la santé à Genève. Très attaché à Romain, il ne sait ni ne réussit à lui dire qu'il va devoir partir. Son successeur à la tête du service est une femme, Carlotta Granié, avec laquelle il entretient des rapports conflictuels, ne réussissant pas à passer la main.
Romain se retrouve par hasard mis devant le fait accompli et n'accepte pas le départ de David qu'il ressent comme une trahison, voire un acte de lâcheté. Il le repousse violemment, et bien que sa santé se dégrade, adopte des comportements à risque. La maladie progresse et inexorablement des tumeurs se développent dans les mois qui suivent alors que David est parti pour Genève. À la suite d'un malaise, il doit être opéré et le professeur Granié rappelle David auprès de Romain.
J’avais fondé beaucoup d’espoirs sur ce film que je n’avais pas pu voir lors de sa sortie. Grosse déception ! Outre le scénario, confus et au déroulement chaotique, j’ai fini par abandonner aux deux-tiers tant la diction des acteurs (Vincent Lindon est particulièrement incompréhensible) est inaudible. Les acteurs jouent faux, englués dans des dialogues verbeux et une histoire qui ne les porte pas. On peut le comprendre pour le jeune Quentin Challal, qui n’est pas un acteur professionnel et dont c’était le premier rôle au cinéma, mais on a du mal à le pardonner lorsqu’il s’agit d’acteurs confirmés comme Emmanuelle Devos ou Vincent Lindon que l’on peine à imaginer en médecin mais plus encore en joueur de dominos. On se demande d’ailleurs ce que vient faire ce concours de dominos dans le film ! Les scènes se succèdent sans jamais parvenir à convaincre et encore moins à émouvoir le spectateur.