《火箭少女》主要讲述了一群普通女高中生如何成为优秀宇航员，最终踏上载人火箭发射之路的故事。
　　所罗门宇宙协会（简称SSA）是以完成日本首次载人火箭升空为目标，活跃在南太平洋所罗门群岛等诸岛之间的组织。然，被寄予厚望的的LS-7新型火箭却屡次升空失败。终于，SSA所长那须田接到了日本政府“下一次的载人火箭升空，只能成功不能失败”的最终指令。如果再次失败，所有的计划都将被终止，SSA面临着前所未有的压力和考验。
经过研究，Nasuda决定使用有成功发射记录的旧型号LS-5。LS-5的设计没有BUG。为了减轻发射过程中的所有负荷，提高发射成功率，宇航员安川·春树必须执行魔鬼减肥计划。在寻找忍无可忍逃离的安川春川时，那须田和医疗总监旭川偶然发现了独自一人来到横滨寻找父亲的著名女高中生森田裕香，于是他们产生了为什么不让身体矫健的女高中生完成宇航任务的想法...
　　由佳利随即接受了高强度的宇航员速成训练。（太可怜了……走在路上寻亲就被拉去充壮丁）
最终，聪明的女高中生能否完美突破大气层完成载人飞行？在校规严格的名校，禁止学生在外打工(这能算兼职吗)。我们优加丽协会会因为这个被迫退学吗？所有谜题都会在动画中解开，敬请期待。