Dans les années 1920, en Virginie occidentale, Katherine, la benjamine de 4 enfants passe ses journées à compter. Elle calcule le nombre de pas pour aller à l'école, mesure la hauteur des arbres, se questionne sur la distance qui sépare la Terre de la Lune... Grâce à ses capacités exceptionnelles, elle entre au lycée à 10 ans, puis obtient ses diplômes universitaires à 18. Elle commence ensuite une carrière de professeure, mais c'est un autre avenir qui l'attire... Dans une Amérique où les droits des Noirs et des femmes restent encore à conquérir, elle trace consciencieusement sa route dans l'ingénierie aérospatiale à la NACA puis à la NASA.