Французская астронавтка Сара Лоро (Ева Грин) успешно прошла отбор для участия в полете к Марсу. Она полетит с коллегами — тестостероновым американцем Майком Шенноном (Мэтт Диллон) и добродушным русским с душевной улыбкой Алексеем Фатеевым (Антон Очевский). Миссия «Проксима» продлится год, и на это время Саре придется оставить свою восьмилетнюю дочь Стеллу (Зели Булан) полностью на попечение бывшего мужа — астрофизика Томаса Экермана (Ларс Айдингер), с которым она поддерживает теплую дружбу. Саре непросто: она проходит изнурительный тренинг для космонавтов в России вместе с мужланистыми коллегами, которые откровенно сомневаются в ее способностях, и параллельно пытается быть хорошей матерью. Если Сара не сумеет удержать баланс, может случиться так, что она потеряет контакт с дочерью или вместо нее к Марсу полетит запасной член экипажа, что особенно обидно, потому что это мужчина.

Будучи фильмом про космическую миссию с женщиной-астронавтом в фокусе, «Проксима» совершенно не близка традиционным киносюжетам о космонавтах с мужчиной в главной роли, флером героического пафоса и возбуждающими приключениями, которые рядовому землянину, ни разу не покидавшему пределы стратосферы, никогда не доведется пережить, как, собственно, и многим настоящим космонавтам. У Винокур космонавты 99% экранного времени проводят на Земле, в бытовухе, напряженно готовясь к полету и налаживая отношения в коллективе, а сюжетная линия Сары могла бы развиваться не в Звездном городке под Москвой и на Байконуре в Казахстане, а, например, в технологической корпорации, научно-исследовательском центре, спортивной команде и в любых других условиях и географических координатах, где женщина решила бы строить карьеру, особенно если в сознании большинства людей ее профессия считается мужской.

Отбросить в сторону факт, что Сара — космонавт, и ее жизнь будет выглядеть буднично: сделавшая ставку на карьеру и мечту детства, работающая мать-одиночка в разводе, сохранившая хорошие отношения с бывшим мужем. Винокур даже развод не превращает в драму, как это свойственно кино. Главные проблемы ее героини — изнуряющая работа, страх быть плохой матерью и чувство вины, когда не получается держать все это в балансе. Космонавтика у Винокур работает как гиперболизация, подчеркивающая в общем архетипичный сюжет. Режиссер добавляет этой истории доходчивости, запараллелив линии Сары и Стеллы: столкнувшись с недоверчивостью Шеннона, чью мужланистость удивительно органично передал Мэтт Диллон, и похабными шутками от других обитателей тренировочного поселка космонавтов, Сара чувствует себя в таком же напряжении и такой же растерянности, как ее дочь Стелла, вынужденная сменить страну проживания, чтобы поселиться у отца. Обе они резко меняют привычную среду на новую, непривычную, агрессивную, в которой еще нужно прижиться.