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...
Hank décide de renouer avec son premier amour. Il soupçonne une nouvelle élève dans sa classe, d'être sa fille, tout en faisant face à une menace extraterrestre dans leur ville.