正在出舱工作的俄罗斯空间站高级宇航员奥列克·博格达诺维奇意外受伤。为了防止带伤返回地球时病情恶化或死亡，俄罗斯航天局紧急挑选胸外科医生进行培训。这部电影的女主角热那亚·比耶利亚耶娃（她的丈夫谢尔盖死于车祸，与女儿和母亲生活在一起）终于进入了太空。但开胸后发现太空与地球完全不同，无法按照地球上的常规手术进行手术。然而，热那亚拒绝了停止手术的指令，勇敢地承担起了起床为医生治病救人的责任。航空航天部主任沃林也坚定地支持她。根据医生男友的建议，热那亚因地制宜地自己制作了设备，并最终与她的医护人员齐欣合作，实现了这次太空手术的成功。观察期结束后，她和奥列克成功返回地球，与亲人团聚。