Asteroid City est une ville minuscule, en plein désert, dans le sud-ouest des États-Unis. Ce week-end, les militaires et les astronomes accueillent 5 enfants surdoués, distingués pour leurs créations scientifiques, afin qu'ils présentent leurs inventions.
Fuyant le foyer familial en Irlande du Nord, Taryn, une adolescente, trouve refuge chez sa tante Kim à Baltimore. Celle-ci est en train de se séparer de son compagnon, Bill, sous le regard réprobateur de leur fille Abby.