Ende des 19. Jahrhunderts: Die Luftfahrt-Enthusiastin Amelia Wren (Felicity Jones) liebt die Ballonafahrt über den Wolken, doch die gesellschaftlichen Konventionen der damaligen Zeit verbieten es einer Frau, Pilotin zu werden. Zeitgleich arbeitet der Wissenschaftler James Glaisher (Eddie Redmayne) daran, die Wettervorhersage zu verbessern und wird dafür für einen Fantasten gehalten. Die beiden gesellschaftlichen Außenseiter und Querdenker tun sich zusammen, um es der Welt zu zeigen. In einer halsbrecherischen, lebensgefährlichen Ballonfahrt über 8000 Meter wollen sie bisher Unerreichtes beweisen. Doch die beiden Abenteurer sind der Natur und den Gezeiten bald hoffnungslos ausgeliefert. Die Pionierarbeit ist wahrlich kein Zuckerschlecken ...

Es ist die auf einer wahren Begebenheit beruhenden, Geschichte von Lili Elbe, die als Mann Einar Wegener mit Ehefrau Gerda ein bewegtes Künstlerleben im Kopenhagen der zwanziger Jahre führt. Als die anfangs noch erfolglose Malerin Gerda sie bittet, als weibliches Modell zu posieren, finden die daraus resultierenden Portraits einen ungemeinen Anklang. Es scheint, als ob Gerda endlich die Muse gefunden hat, die sie zu wahrer Meisterleistung inspiriert. Währenddessen entwickelt Lili eine ganz eigene Liebe, zu dieser anderen, neuen Seite an sich, eine Liebe zu der Frau, die sie sein möchte. Nach und nach wächst in Lili der unbändige Wunsch heran, vollständig und damit zukünftig auch körperlich als Frau zu leben...