Действие происходит в 1960 году в городке у космодрома Байконур. Десятилетний Миша, мечтающий о космосе, в свой день рождения находит бездомную собаку и называет ее Белкой. Эта встреча оказывается судьбоносной: Белка становится участницей грандиозного проекта – подготовки к первому полету собаки в космос. Ее смелость, сообразительность и выносливость помогают изменить ход истории. Фильм основан на подлинных событиях: Белка и Стрелка – реальные собаки, которые 19 августа 1960 года совершили полет на корабле «Спутник-5» и стали первыми существами, вернувшимися из космоса живыми.