凯瑟琳从小数学天赋过人，社区学校的老师们为了她未来能有更大的可能，便自主开展募捐资助凯瑟琳到优等学校上学，她的人生轨迹上从此开始有了浓墨重彩，大学毕业后成为美国为数极少的黑人女性之中的一个，成功进入到美国太空总署工作，本以为有了优等行业和工作的背书，她以为自己的职场路会走得顺利一点，可哪知道，身为黑种人，聪明的头脑和出色的工作能力都没有她的肤色更能吸引人注意，而和凯瑟琳有着相同遭遇的还有她的同事多萝西和玛丽。（时间背景是20世纪60年代，当时冷战中，美苏不断开展军备竞赛，同时也是美国种族歧视和冲突最严重的时代）
电影在放映不久后，镜头就放在了一个中年黑人胖女性的脸上：无助地靠在车内，无望地看向天空，她是凯瑟琳；再放大一点，同样一个黑人女性，妖娆站在车尾，认真地对着镜子补妆；最后，镜头转至车头，朝向地面，一双浑圆肥大的双腿露在外面，却在车底发出命令：“凯瑟琳，试一下引擎……”她是多萝西。电影用路边一台抛锚的车标出了三个黑人女人的出场，不惊艳，不出彩，不幽默，却狼狈有余，然而，坚持看下去后，你会发现，汽车抛锚级别的狼狈不过是“餐前菜”。
凯瑟琳心有不甘，却无能为力，所以她只是在车内等待，正如她的肤色无法改变而得到尊重一样，汽车抛锚导致的工作迟到的现实也无法改变，所以她选择等待；玛丽心有不甘，却敢于尝新，所以她妖娆站在车尾，耐心消磨后，毅然不顾好友劝阻，决定在路边拦车，没想到拦到的却是一个白人警察，三人恐惧却有侥幸，白人警察在得知三位黑人女性在NASA工作后，渐渐收起敌意，并主动帮助她们；多萝西心有不甘，却主动行动，爬进车底，操作车盘，如粗鲁的男人一样在车底寻找抛锚原因，证明自己可以修好车，正如后面用实力证明自己可以做好主管的工作一样。故事开头便通过穿着、语言、动作、汽车等元素建构三位女性的个性、专长以及她们三人之间的关系，平淡却清奇。
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凯瑟琳“想”，玛丽“敢”，多萝西“做”，三个关键字，三种性格底色，最终都通过三人在各自专业领域的努力画出了更大片的颜色。当美国太空计划屡屡受挫时，负责此项计划的白人领导多次下达命令要把美国最聪明的计算员和工程师吸纳进研究队伍，而在负责人员调配的一个白人女性在一个“有色人种”办公室中找到多萝西，让她推荐这两项能力卓越的女性，她毫不犹豫推荐了凯瑟琳和玛丽。正如她说：我们中（特指有色人种办公室中的所有黑人女性）任何一个人在这个工作领域和环境的进步都将代表我们黑人的进步。
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凯瑟琳后来被调去核心部门成为该部门验算的计算人员，只是该部门从未有过有色人种员工， 她第一次缓缓走进办公室时，办公室所有的白色衬衫男性都停下了手头工作，像看怪物一样看着凯瑟琳的到来，因为是黑色人种，凯瑟琳在这间办公室受到排挤，她走到餐饮区倒杯咖啡，所有在喝咖啡的人都愣住了，隔天她餐饮区就有一个标有“有色人种”专用的咖啡杯。每次当她要上厕所时，镜头就会落在她颤抖的双脚上，因为这栋楼没有有色人种专用厕所，她每次上厕所都要抱着一堆文件跑去西园区的有色人种专用厕所，而这一趟来回就要40分钟。尽管在这间办公室遭遇各种排挤，凯瑟琳只是想把工作做好，她没有因为被敌视而心存恨意，而是把心思都放在了认真验算上，并在最后多次为了大局进度，鼓起勇气向领导提出自己的见解，获得领导的信任。
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玛丽也因为出色的能力调去工程运行中心工作，但因为她是黑人，所以当她的高跟鞋不小心卡在测试现场时，她焦急，紧张，而观察室内的白人同事们只是看笑话似的看着她，并不顾她的安危，打开测试倒计提示，最后使得玛丽不得不放弃鞋子，赤脚从现场落荒而逃。好在她幸运碰到一个犹太领导，他鼓励玛丽去申请成为正式的工程师。但面对黑人的申请时，太空署的用人要求却提高了：必须要求优等学府的研究生资历才有资格申请。而她再去申请弗吉尼亚州大学的入学申请时却被“学校从未接收黑人女性”为由，拒绝了她的申请，她没有放弃，在犹太领导的鼓励下向州法院提起上诉，在审议现场她通过她聪慧的头脑和巧妙的辩词，让州法官通过了她的上诉请求，并成为州历史上第一个黑人女性进入该校学习。
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美苏太空竞争时，IBM的大型计算机即将问世，多萝西打听到计算机问世后，NASA便不再需要太多计算员，那么有色人种办公室里的很多黑人女性将面临失业，她当时觉得有一种职业紧迫感，她坚信只有不断学习，让自己不断有价值才能不被淘汰，并鼓励她的姐妹一定要不断学习。当首部大型计算机投入使用后，白人男性工作人员因不具备操作能力，多次启动失败，而多萝西则在一次无意中看到它，便主动调试了一个数据，便启动了。白人男性看到她在动计算机，当场对她破口大骂，而在看到因为多萝西的操作让计算机顺利启动后，便立刻改变此前的态度。此后，多萝西被挑选为计算机操作团队的负责人，她在得知后没有独自单飞，而是带着有色人种办公室的同事一起努力，最终她如愿晋升为主管，成为一个带领30人团队的IBM实验室主管，也成为美国历史上太空总署的第一位黑人主管，并主动把她懂的，会的传授和分享给署内其他同事，不分肤色、性别，级别……
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最后，三个黑人女性，聪颖、有为，却低调、高能，她们通过自己的努力进入三个关键部门，用自己的方式与命运抗争，共同努力完成了当时美国的太空计划，并在未来把美国推向太空霸权贡献了卓有成效的努力。
