В центре сюжета фильма "Космический мальчик" - 11-летний Джим, увлеченный наукой и космосом юноша. Переехав в новый город вместе с отцом, он встречает там свою ровесницу Эмму и предлагает ей совместную работу над научным проектом. Их целью становится воссоздание проекта "Эксельсиор" - амбициозной идеи астрофизика Киттингера о полете на стратостате, почти достигающем границы космоса, что было попыткой еще в 1960 году.
Отец Джима, Грэм, когда-то сам работал над этим проектом, но со временем оставил его. Это обстоятельство становится для мальчика личным вызовом - он не хочет идти по стопам отца и отступать перед трудностями. Энергичный и настойчивый Джим убеждает скептически настроенную Эмму присоединиться к нему, и вместе они начинают строительство огромного воздушного шара.
Проект требует не только научных знаний, но и взаимоподдержки, ведь перед детьми встают серьезные испытания. Они должны преодолеть собственные страхи и сомнения, а также научиться работать в команде ради достижения общей цели. В процессе работы над "Эксельсиором" между Джимом и Эммой завязывается крепкая дружба, они становятся настоящими партнерами по приключениям.
История мальчика, стремящегося доказать себе и миру свою уникальность и смелость, превращается в захватывающее путешествие к звездам. "Космический мальчик" - это не просто фильм о космосе, но и рассказ о важности мечты, дружбы и веры в себя, даже когда кажется, что все против тебя.