Après le décès de sa femme, un photographe se rend vers l'ouest, embarquant avec lui ses petites filles et son fils, un surdoué. A Asteroid City, là où s'installe la famille, le fils s'éprend de la fille d'une actrice célèbre.
Denise, une adolescente, a perdu son père lorsqu'elle était enfant. Ce dernier, un passionné d'OVNI, a disparu de façon mystérieuse. Un jour, Denise observe des phénomènes étranges. Elle prévient l'association où travaillait son père.
