Ein Mann liest in einem Pflegeheim einer unter Alzheimer leidenden Frau Geschichten aus einem alten Notizbuch vor. Diese erzählen von der Liebe zwischen Noah und Allie, Teenager unterschiedlicher Herkunft, die sich um 1940 in einem Küstenstädtchen in North Carolina kennen lernen, durch den Zweiten Weltkrieg getrennt werden, doch in der Überzeugung, füreinander bestimmt zu sein, schließlich wieder in die Heimat zurückkehren. Doch zunächst hat das Schicksal getrennte Wege für sie vorgesehen.

"Aufbruch zum Mond" erzählt aus Neil Armstrongs Leben und von den enormen Konflikten und Entbehrungen, mit denen der Pilot vor und während seiner legendären Mission konfrontiert war. Gleichzeitig schildert der Film auf ergreifende Weise die hochdramatischen Ereignisse des amerikanischen Raumfahrtprogramms zwischen 1961 und 1969.