Spencer Armacost (Depp) jest znanym, amerykańskim astronautą. Jego życie przypomina bajkę. Ma piękną żonę Jillian (Theron), sławę, pieniądze i wspaniałą pracę. Niestety, kolejna misja kosmiczna, na którą wyrusza razem ze swoim przyjacielem Alexem Streckiem (w tej roli Nick Cassavetes, syn sławnego Johna), nie przebiega tak, jak powinna. Podczas rutynowych czynności, ziemia traci na dwie minuty kontakt z przebywającymi właśnie w przestrzeni astronautami. Kiedy udaje się wreszcie przywrócić łączność, NASA błyskawicznie sprowadza Alex i Spencera z powrotem do domu. Jednak ani dokładne śledztwo, ani rozmowy z astronautami nie dają odpowiedzi na to, co tak naprawdę działo się z nimi podczas tych dwóch feralnych minut.
Udany powrót „amerykańskich chłopców” z niegościnnego kosmosu świętuje cały kraj. Nawet prezydent USA śpieszy z gratulacjami, a Alex i Spencer stają się nowymi bohaterami. Jedynie Jillian zaczyna podejrzewać, że coś jest nie tak. Jej wątpliwości potęguje niespodziewana śmierć Aleksa i samobójstwo jego małżonki. Żona astronauty zaczyna przeczuwać, że w ciele Spencera zagnieździła się obca inteligencja, która chce przejąć władzę nad nią i bliźniakami, które nosi w swoim brzuchu. Zaczyna się koszmar...
„Żona astronauty” to według reżysera Randa Ravicha: „Nie tylko kolejny horror, ale także przerażająca love story o kobiecie, która czuje, że coś nienaturalnego, nieziemskiego próbuje przejąć władzę nad nią i jej nienarodzonymi jeszcze dziećmi. To także próba odpowiedzi na pytanie co dzieje się z człowiekiem, kiedy okazuje się, że osoba, którą kochamy, jest dla nas największym zagrożeniem”.
