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Der NASA-Flugingenieur José Hernández (Michael Peña) und seine hingebungsvolle Familie stolzer Landarbeiter begeben sich auf eine jahrzehntelange Reise von einem ländlichen Dorf in Michoacán, Mexiko, über die Felder des San Joaquin Valley bis hin zu mehr als 200 Meilen über der Erde in der Internationalen Raumstation. Mit der unerschütterlichen Unterstützung seiner hart arbeitenden Eltern, Verwandten und Lehrer, gipfelt Josés unnachgiebige Tatkraft und Entschlossenheit in der Möglichkeit, sein scheinbar unmögliches Ziel zu erreichen.

Weil ihre Mutter Ana (Judy Greer) als Kostümbildnerin für einen Film angestellt wird, ziehen sie und Stargirl Caraway (Grace VanderWaal) nach L.A., wo Stargirl schnell mit einer Reihe von Charakteren in Kontakt kommt. Dazu gehören die aufstrebenden Filmemacher-Brüder Evan (Elijah Richardson) und Terrell (Tyrel Jackson Williams), Mr. Mitchell (Judd Hirsch), einer von Stargirls Nachbarn, und Roxanne Martel (Uma Thurman), eine Musikerin, die Stargirl bewundert und der sie auf ihrer Reise begegnet.