日本暢銷漫畫《宇宙兄弟》改編成真人版，小栗旬和岡田將生飾演兄弟情深的宇宙兄弟：南波六太跟南波日日人，本片大都是在NASA及JAXA內實景拍攝，還找來曾經搭乘阿波羅號登陸月球的傳奇太空人巴茲艾德林、以及曾經實際參與太空飛行的日本現役太空人野口聰一在片中演出。童年目擊UFO的經歷（其實是太空船登陸月球），就此改變了南波兄弟的一生，兩人約定好了將來要「一同登上月球」。2026年，弟弟日日人（岡田將生 飾）實現夢想成了太空人，參與NASA計畫登上月球，成為日本史上最年輕登陸月球的太空人。而才華橫溢且在汽車設計領域有名氣的工學博士哥哥六太（小栗旬 飾）卻因對上司使用「頭槌攻擊」而被開除，更遭到全行業的封殺。倔強高傲的六太在求職路上四處碰壁，漸漸跌入谷底。就在這個關鍵時刻，日本JAXA的太空人徵選開始，弟弟日日人偷偷幫他報名了日本JAXA的太空人徵選，六太與弟弟終於朝著童年的夢想前進......