Moonshot xoay quanh câu chuyện về Walt, một nhân viên pha chế trường đại học, người đã có ước mơ đi vào vũ trụ từ năm 2049. Sự ra đời của Kovi Industries Student Mars Program đã biến ước mơ của Walt thành hiện thực, cho phép sinh viên đại học được tham gia vào chương trình khám phá sao Hỏa. Tuy nhiên, do thiếu kiến thức và kỹ năng chuyên môn, Walt đã bị từ chối lời đề nghị của chương trình tới 37 lần. Mọi thứ thay đổi khi Walt vô tình gặp và giúp đỡ một sinh viên khác trong việc sửa chữa mạng internet tại buổi tiệc của trường. Trong khi cùng nhau ở buổi tiệc, Walt đã phải lòng Ginny - một sinh viên được gửi lên sao Hỏa vào ngày hôm sau. Với sự quyết tâm được ở lại sao Hỏa lâu hơn, Walt đã thuyết phục Sophie - bạn gái cũ - mua vé để đi du lịch trong cuộc phóng tàu con thoi tiếp theo. Tuy nhiên, việc giữ bí mật danh tính của Walt đã dẫn đến những rắc rối không ngờ. Khi cả hai lén lên tàu con thoi, họ phải tuyên bố có mối quan hệ để giữ bí mật. Trong suốt chuyến đi đến sao Hỏa, Walt và Ginny ngày càng gắn kết hơn khi cùng khám phá con người thật của Calvin - danh tính thực sự của Walt. Tuy nhiên, Ginny cũng nhận ra rằng Calvin đã đặt ước mơ trên sao Hỏa lên hàng đầu, khiến cô trở nên hiếu khách và không quan tâm đến mối quan hệ của hai người. Trong một buổi thuyết trình trên máy bay, Walt buộc phải thuyết trình về địa hình - một chủ đề anh không biết gì về nó. Nhưng bằng cách diễn đạt tình yêu của mình trong bài phát biểu, Walt đã làm xúc động khán giả và thậm chí là chính anh ta. Cuối cùng, buổi thuyết trình đã mang lại niềm tin và tạo điều kiện cho hai hành khách kia kết hôn. Moonshot là câu chuyện với những xoay quanh cuộc sống và tình yêu trong không gian xa xôi, nơi những ước mơ được tiếp tục và những khám phá mới chờ đợi.