Lancée en 1977, la sonde spatiale Voyager 2 transportait un disque phonographique en or contenant un message de paix, invitant les civilisations extraterrestres à visiter la Terre. La sonde est interceptée par une planète étrangère qui envoie alors un petit vaisseau éclaireur pour établir un premier contact avec la Terre. Au lieu de saluer le vaisseau extraterrestre, le gouvernement américain l’abat. S’écrasant à Chequamegon Bay, dans le Wisconsin, l’unique occupant extraterrestre, ressemblant à une boule flottante d’énergie lumineuse, trouve la maison de Jenny Hayden, récemment veuve. Là, l’extraterrestre utilise une mèche de cheveux de son défunt mari, Scott, pour se cloner un nouveau corps sous le regard terrifié de Jenny. L’extraterrestre « Starman » a sur lui sept petites sphères d’argent qui lui fournissent l’énergie nécessaire pour accomplir des exploits miraculeux. Il utilise la première pour envoyer un message à son peuple indiquant que la Terre est hostile et que son vaisseau spatial a été détruit. Il leur donne rendez-vous dans trois jours. Il utilise ensuite la seconde sphère pour créer une carte holographique des États-Unis, contraignant Jenny à l’emmener au point de rendez-vous en Arizona.
Jenny est initialement à la fois hostile et effrayée par lui et tente de s’échapper. Ayant une compréhension très basique de la langue anglaise qui lui vient du disque de Voyager 2, le Starman apprend à communiquer avec Jenny et lui assure qu’il ne lui veut aucun mal. Il explique que s’il n’atteint pas le point de rendez-vous, le cratère Barringer en Arizona, dans trois jours, il mourra. Sympathique mais toujours méfiante, Jenny lui apprend à conduire une voiture et à utiliser des cartes de crédit pour qu’il puisse continuer le voyage seul, mais lorsqu’elle le voit ressusciter miraculeusement un cerf mort, elle est profondément émue et décide de rester avec lui. Ils sont poursuivis à travers le pays par les autorités et, après avoir failli être capturés, Jenny est abattue et grièvement blessée par un policier. Pour s’échapper, le Starman écrase leur voiture contre une citerne à essence et utilise une autre sphère pour les protéger tous les deux de l’explosion. Ils se réfugient dans un mobile home qui est remorqué. Il utilise une autre sphère d’argent pour guérir Jenny. Après avoir reçu l’assurance que Jenny se remettra, le Starman entreprend de faire de l’auto-stop vers l’Arizona sans elle, mais Jenny parvient à le rattraper alors que lui et son chauffeur sont arrêtés à un barrage routier. Réunis, ils font du stop ensemble, reprenant leur voyage vers le cratère.
Plus tard, alors qu’ils font du stop dans un train de wagons couverts, le couple fait l’amour. Le Starman dit à Jenny « Je t’ai donné un bébé ce soir ». Jenny explique qu’elle est stérile et ne peut pas avoir d’enfants, mais il lui assure qu’elle est maintenant enceinte. Il explique que le bébé sera le fils de son défunt mari, car il (Starman) est un clone de Scott, mais en tant qu’enfant de Starman également, leur fils possédera toutes les connaissances de Starman et grandira pour devenir un professeur. Starman propose d’interrompre la grossesse si elle le souhaite, mais la joyeuse Jenny l’embrasse, acceptant le cadeau.
Le couple voyage par erreur trop loin dans le train et arrive à Las Vegas. Jenny se rend compte qu’elle a perdu son portefeuille. Le Starman utilise une de leurs dernières pièces de monnaie dans une machine à sous, qu’il manipule afin de remporter le jackpot de 500 000 dollars. Ils achètent ensuite une nouvelle voiture pour terminer leur voyage vers l’Arizona.
Pendant ce temps, le directeur de l’Agence de sécurité nationale George Fox apprend que la trajectoire de vol du Starman, avant d’être abattu, était vers le cratère Barringer. Fox s’arrange pour que le Starman soit capturé par l’armée, mort ou vif. Le scientifique du SETI Mark Shermin, un autre représentant du gouvernement impliqué dans l’affaire, critique l’approche maladroite de Fox et lui rappelle que le Starman a été invité sur Terre. Consterné d’apprendre que Fox prévoit de vivisecter l’extraterrestre, Shermin se résout alors à aider le Starman à s’échapper plutôt que de permettre à Fox de le capturer.
Jenny et le Starman, désormais lentement mourant, atteignent le cratère alors que des hélicoptères de l’armée les poursuivent. Au moment où ils sont encerclés, un grand vaisseau spatial sphérique apparaît et descend dans le cratère. La lumière entoure le couple, et le Starman retrouve instantanément la santé. Alors qu’il se prépare à partir, il dit à Jenny qu’il ne la reverra jamais. Jenny lui demande de l’emmener avec lui, mais il lui répond qu’elle mourrait sur son monde. Il lui donne alors sa dernière sphère d’argent, en lui disant que leur fils saura quoi en faire. Jenny regarde le vaisseau partir.