11-letni Jim jest pasjonatem kosmosu samotnie wychowywanym przez ojca Grahama, astrofizyka. Po przeprowadzce do nowego miasta chłopiec rzucony jest na głęboką wodę - musi wziąć udział w konkursie naukowym i za wszelką cenę chce go wygrać.
Jim startuje w szkolnym konkursie w parze z Emmą, wrażliwą dziewczyną o wielu własnych sekretach. Zakochany w gwiaździstym niebie chłopiec przekonuje Emmę, aby w ramach konkursu zbudowali prawdziwy balon. Projekt nazwany Excelsior staje się dla chłopca wszystkim i Jim chce udowodnić sobie, ojcu i szkolnym niedowiarkom, że niemożliwe nie istnieje, a kosmos jest bliżej niż im się wydaje. W końcu każdy z nas jako dziecko marzy aby móc polecieć w kosmos. Budujemy z klocków rakiety, z zachwytem obserwujemy nocne niebo. Niektórzy, jak Jim, robią krok dalej - naprawdę dotykają gwiazd, jakie by nie były.
Excelsior to autentyczny projekt z 1960 roku, kiedy to amerykański spadochroniarz i baloniarz Joseph Kittinger wzniósł się na wysokość 31 300 metrów nad poziom morza?