馬戲團雜種狗貝爾卡和流浪狗斯特爾卡原本過著平凡生活，卻因蘇聯1960年太空計劃急需測試載人航天生命保障系統被選中成為實驗犬。在宇航員葉甫蓋尼·莫羅佐夫和軍醫亞歷山大·巴希羅夫的指導下，它們與其它候選犬只共同經歷了嚴苛的離心機、模擬失重等訓練。隨著Vostok火箭發射升空，兩只狗狗在工程師謝爾蓋·加爾馬什操作的艙內完成生理數據監測任務，期間遭遇艙體過熱等危機。最終返回艙成功著陸后，貝爾卡與斯特爾卡成為首批繞地軌道飛行并存活的犬只，為次年加加林完成人類首次太空飛行奠定基礎。影片改編自蘇聯真實歷史事件，展現了動物在航天探索中的特殊貢獻。