致力于光学神经芯片项目的国防部高级研究计划局研究员艾玛曾是一名优秀的飞行员，但因为早年间的一次坠机事件导致她抗拒进入驾驶舱，但同时也激发她设计利用思维操纵飞机的灵感。当她和四位因伤残退役的飞行员同事对他们的科研项目进行飞行试验时，发现飞机模型与一头不明生物在空中缠斗。与此同时，艾玛的父亲本在天文台发现三个陨石坠落到地球，根据陨石碎片的成分分析，不明生物是来源于火星的拉尔加。此时，三个陨石坠落点的上空各有一头拉尔加盘旋，它们不仅喷射火焰和电流，还释放有毒物质，多座城市遭受破坏。眼看家园危在旦夕，艾玛决定将她的科研成果投入实战，为此她来到空军基地，对真正的战斗飞机进行改造。一向对她的科研项目嗤之以鼻的本此时决定全力支持女儿，并鼓励女儿克服内心恐惧。身为前飞行员的他亲自披挂上阵，首先与拉尔加在空中交战，随后他又发现拉尔加惧怕寒冷的弱点，最终与女儿携手将拉尔加消灭789电影