Sarah (Interpretada por Eva Green) es una astronauta francesa que se entrena en la Agencia Espacial Europea en Colonia. Es la única mujer dentro del exigente programa. Vive sola con Stella, su hija de siete años. Sarah se siente culpable por no poder pasar más tiempo con la niña. Su amor es abrumador, inquietante. Cuando Sarah es elegida para formar parte de la tripulación de una misión espacial de un año de duración llamada Proxima, se produce el caos en la relación entre madre e hija.