건축가인 루스(캐슬린 터너 분)는 고고학자인 남편 알렉스를 따라 외국의 유적지에 가서 몇 년째 살다가, 남편이 갑자기 답사 중 사고로 죽자 아이 둘을 데리고 다시 미국의 노스캐롤라이나의 집으로 돌아온다. 그녀의 6살 짜리 딸 샐리(아샤 메니나 분)는 그곳은 떠나기 전에 친하게 지내던 마야인 현자, 쎄넬에게서 아버지는 죽은 것이 아니라 달나라로 간 것이며, 명상을 통해 아버지를 볼 수도, 얘기를 들을 수도 있다는 가르침을 받는다. 이 6살짜리 어린 소녀는 아버지에 대한 그리움에서 그 가르침을 일종의 신앙처럼 받아들여, 그 이후 일체 말도 안하고 주위엔 신경도 안 쓰며 익숙했던 물건의 위치만 바뀌어도 계속 비명을 지른다. 게다가 달 가까이 가려는 일념에서 높은 나무고, 지붕이고 자꾸 올라가서 주위 사람들을 놀라게 하지만, 이상하게도 떨어지는 불상사는 나지 않는다. 드디어 샐리가 신축 공사장의 기중기 꼭대기로 올라가는 사건까지 일으키자, 루스는 사회복지부로부터 아동방치죄라는 죄목으로 정신과의사인 비얼랜드(토미 리 존스 분)의 감호 하에 샐리를 치료하라는 판결을 받는다. 아이의 행동을 단순히 새로운 환경에 의한 문화적 충격으로 해석하려는 어머니와, 자폐증에서 그와 비슷한 증상을 보아온 정신과의사. 스스로 현실 도피 속에 빠져버린 샐리는 의사 표현의 한 방법으로 어린 아이의 솜씨라고는 볼 수 없는 과학적 구도의 탑을 카드로 쌓아올리고 그 안에서 새처럼 날려는 시늉을 한다. 그 모습을 발견한 루스는 너무도 놀라워 감탄하는 한편, 그것을 통해 아이는 뭔가 메시지를 전하려는 것이라고 느낀다. 그래서 딸과 자기의 두 세계를 이어주는 어떤 매개체를 통하면 딸을 만나 데려올 수 있을 것이라고 생각한 그녀는 컴퓨터 그래픽으로 연구 끝에 딸이 만든 것과 똑같은 목조 탑을 만들어 그녀의 손을 잡고 그 꼭대기로 올라간다. 거기서 그 둘은 서로 하나의 공통된 환상의 세계를 체험하게 된다. 그녀는 딸이 아버지가 외롭게 혼자 가 있는 달나라로 가려는 마음을 읽게 되고, 딸은 엄마의 눈을 통해 아버지가 추락하여 사망하던 장면을 직접 목격함으로써 마침내 달에 가려던 환상에서 깨어나 현실로 돌아온다.