凱瑟琳從小數學天賦過人，社區學校的老師們為了她未來能有更大的可能，便自主開展募捐資助凱瑟琳到優等學校上學，她的人生軌迹上從此開始有了濃墨重彩，大學畢業後成為美國為數極少的黑人女性之中的一個，成功進入到美國太空總署工作，本以為有了優等行業和工作的背書，她以為自己的職場路會走得順利一點，可哪知道，身為黑種人，聰明的頭腦和出色的工作能力都沒有她的膚色更能吸引人注意，而和凱瑟琳有着相同遭遇的還有她的同事多蘿西和瑪麗。（時間背景是20世紀60年代，當時冷戰中，美蘇不斷開展軍備競賽，同時也是美國種族歧視和沖突最嚴重的時代）
電影在放映不久後，鏡頭就放在了一個中年黑人胖女性的臉上：無助地靠在車内，無望地看向天空，她是凱瑟琳；再放大一點，同樣一個黑人女性，妖娆站在車尾，認真地對着鏡子補妝；最後，鏡頭轉至車頭，朝向地面，一雙渾圓肥大的雙腿露在外面，卻在車底發出命令：“凱瑟琳，試一下引擎……”她是多蘿西。電影用路邊一台抛錨的車标出了三個黑人女人的出場，不驚豔，不出彩，不幽默，卻狼狽有餘，然而，堅持看下去後，你會發現，汽車抛錨級别的狼狽不過是“餐前菜”。
凱瑟琳心有不甘，卻無能為力，所以她隻是在車内等待，正如她的膚色無法改變而得到尊重一樣，汽車抛錨導緻的工作遲到的現實也無法改變，所以她選擇等待；瑪麗心有不甘，卻敢于嘗新，所以她妖娆站在車尾，耐心消磨後，毅然不顧好友勸阻，決定在路邊攔車，沒想到攔到的卻是一個白人警察，三人恐懼卻有僥幸，白人警察在得知三位黑人女性在NASA工作後，漸漸收起敵意，并主動幫助她們；多蘿西心有不甘，卻主動行動，爬進車底，操作車盤，如粗魯的男人一樣在車底尋找抛錨原因，證明自己可以修好車，正如後面用實力證明自己可以做好主管的工作一樣。故事開頭便通過穿着、語言、動作、汽車等元素建構三位女性的個性、專長以及她們三人之間的關系，平淡卻清奇。
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凱瑟琳“想”，瑪麗“敢”，多蘿西“做”，三個關鍵字，三種性格底色，最終都通過三人在各自專業領域的努力畫出了更大片的顔色。當美國太空計劃屢屢受挫時，負責此項計劃的白人領導多次下達命令要把美國最聰明的計算員和工程師吸納進研究隊伍，而在負責人員調配的一個白人女性在一個“有色人種”辦公室中找到多蘿西，讓她推薦這兩項能力卓越的女性，她毫不猶豫推薦了凱瑟琳和瑪麗。正如她說：我們中（特指有色人種辦公室中的所有黑人女性）任何一個人在這個工作領域和環境的進步都将代表我們黑人的進步。
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凱瑟琳後來被調去核心部門成為該部門驗算的計算人員，隻是該部門從未有過有色人種員工， 她第一次緩緩走進辦公室時，辦公室所有的白色襯衫男性都停下了手頭工作，像看怪物一樣看着凱瑟琳的到來，因為是黑色人種，凱瑟琳在這間辦公室受到排擠，她走到餐飲區倒杯咖啡，所有在喝咖啡的人都愣住了，隔天她餐飲區就有一個标有“有色人種”專用的咖啡杯。每次當她要上廁所時，鏡頭就會落在她顫抖的雙腳上，因為這棟樓沒有有色人種專用廁所，她每次上廁所都要抱着一堆文件跑去西園區的有色人種專用廁所，而這一趟來回就要40分鐘。盡管在這間辦公室遭遇各種排擠，凱瑟琳隻是想把工作做好，她沒有因為被敵視而心存恨意，而是把心思都放在了認真驗算上，并在最後多次為了大局進度，鼓起勇氣向領導提出自己的見解，獲得領導的信任。
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瑪麗也因為出色的能力調去工程運行中心工作，但因為她是黑人，所以當她的高跟鞋不小心卡在測試現場時，她焦急，緊張，而觀察室内的白人同事們隻是看笑話似的看着她，并不顧她的安危，打開測試倒計提示，最後使得瑪麗不得不放棄鞋子，赤腳從現場落荒而逃。好在她幸運碰到一個猶太領導，他鼓勵瑪麗去申請成為正式的工程師。但面對黑人的申請時，太空署的用人要求卻提高了：必須要求優等學府的研究生資曆才有資格申請。而她再去申請弗吉尼亞州大學的入學申請時卻被“學校從未接收黑人女性”為由，拒絕了她的申請，她沒有放棄，在猶太領導的鼓勵下向州法院提起上訴，在審議現場她通過她聰慧的頭腦和巧妙的辯詞，讓州法官通過了她的上訴請求，并成為州曆史上第一個黑人女性進入該校學習。
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美蘇太空競争時，IBM的大型計算機即将問世，多蘿西打聽到計算機問世後，NASA便不再需要太多計算員，那麼有色人種辦公室裡的很多黑人女性将面臨失業，她當時覺得有一種職業緊迫感，她堅信隻有不斷學習，讓自己不斷有價值才能不被淘汰，并鼓勵她的姐妹一定要不斷學習。當首部大型計算機投入使用後，白人男性工作人員因不具備操作能力，多次啟動失敗，而多蘿西則在一次無意中看到它，便主動調試了一個數據，便啟動了。白人男性看到她在動計算機，當場對她破口大罵，而在看到因為多蘿西的操作讓計算機順利啟動後，便立刻改變此前的态度。此後，多蘿西被挑選為計算機操作團隊的負責人，她在得知後沒有獨自單飛，而是帶着有色人種辦公室的同事一起努力，最終她如願晉升為主管，成為一個帶領30人團隊的IBM實驗室主管，也成為美國曆史上太空總署的第一位黑人主管，并主動把她懂的，會的傳授和分享給署内其他同事，不分膚色、性别，級别……
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最後，三個黑人女性，聰穎、有為，卻低調、高能，她們通過自己的努力進入三個關鍵部門，用自己的方式與命運抗争，共同努力完成了當時美國的太空計劃，并在未來把美國推向太空霸權貢獻了卓有成效的努力。
