1955, Asteroid City est une ville minuscule, en plein désert, dans le sud-ouest des États-Unis. Le site est surtout célèbre pour son gigantesque cratère de météorite et son observatoire astronomique à proximité. Ce week-end, les militaires et les astronomes accueillent cinq enfants...
La vie de Hank, un prof de sciences, prend une tournure inattendue lorsqu’il retrouve son premier amour et suspecte qu’une nouvelle élève pourrait être sa fille, le tout alors qu’une menace extraterrestre plane sur leur ville.