八歲的小男孩查理（羅密歐·波扎利斯飾）急切企盼圣誕節的來臨，因為父親皮耶（文森·倫頓飾）答應送他一輛自行車作為節日禮物。但是當他好不容易等到父親回家時，卻發現他的禮物只是一架白色的飛機模型。父親看出查理的失望，答應當查理生日時一定送他自行車。不久，身為飛行員的皮耶在執行任務時不幸遇難，只留下悲傷的妻子凱瑟琳（伊莎貝爾·卡瑞飾）和兒子查理相依為命。查理每晚抱著父親送給他的飛機睡覺，希望以此能夠與父親更近。不過他卻發現，這架飛機竟然能夠自由飛翔，并帶著他飛向云端的神秘世界。在穿越云層后的奇幻旅程中，查理通過與父親遺留的飛行手稿互動逐漸理解了飛行員的使命，最終在黎明前帶著對父親的記憶回歸現實。