Lucy (Natalie Portman) ist Astronautin und kommt von einer erfolgreichen Mission im Weltraum zurück. Doch die Erfahrungen im All haben sie verändert. Sie sieht die Dinge auf der Erde nicht mehr als ihre Realität an.

Auch von ihrem Mann zieht sie sich zurück. Lucy begibt sich in psychiatrische Behandlung. Außerdem beginnt sie eine Affäre mit ihrem NASA-Kollegen Mark (Jon Hamm), da der sie und ihre Erfahrungen besser zu verstehen scheint. Als jedoch eine Nebenbuhlerin auftritt, übernimmt die Eifersucht.