Qua một bộ phim tài liệu, khán giả được biết đến nhà thám hiểm nổi tiếng Charles F. Muntz (Christopher Plummer), người đã thám hiểm thế giới bằng khinh khí cầu khổng lồ của ông với tên "The Spirit of Adventure". Trong chuyến du hành táo bạo nhất của mình, ông trở về từ Nam Mỹ với một bộ xương của một sinh vật lớn và chưa nhận dạng được. Các nhà khoa học hoài nghi và cho rằng đây là một mẫu vật giả, và từ đó Muntz tự lưu vong. Muntz thề rằng ông sẽ không trở về cho đến khi tìm được bằng chứng.
Carl Fredricksen (Jeremy Leary), một cậu bé nhút nhát, ít nói và từ lâu đã ngưỡng mộ Muntz, cũng bị sốc, nhưng tin tưởng rằng Muntz sẽ trở về và chứng minh mình là đúng. Một ngày, Carl kết bạn với một cô gái tinh nghịch và đầy nghị lực tên là Ellie (Elizabeth Docter), cũng là một người hâm mộ Muntz. Cô viết giấc mơ của mình vào sổ lưu niệm cá nhân, cho Carl biết rằng cô muốn di chuyển căn nhà câu lạc bộ đến Thác Paradise — một thác nước vách đá hùng vĩ ở Nam Mỹ, và kêu gọi cậu hãy hứa sẽ giúp cô. Trong đoạn phim ngắn kế tiếp, khán giả chứng kiến Carl và Ellie trưởng thành, kết hôn, và sống đến bạc đầu trong căn nhà cũ mà họ đã gặp nhau đầu tiên, với Carl làm việc như một người bán bóng bay đồ chơi trong khi Ellie làm nhân viên sở thú. Họ không thể có con, và luôn tiết kiệm để có đủ tiền du lịch đến Thác Paradise, nhưng luôn gặp những vướng bận về tài chính khác. Cuối cùng, khi họ có thể thực hiện chuyến đi được, thì Ellie qua đời do tuổi già, Carl trở thành một người góa vợ cô đơn và cay đắng với cuộc đời vắng bóng bà vợ yêu quý.
Nhiều năm sau, Carl (Edward Asner) bây giờ là một người cao tuổi, sống một mình trong căn nhà đó - nhưng bây giờ đang nằm giữa một trung tâm đô thị mới. Không muốn di chuyển, cuối cùng Carl đã xô xát với một công nhân xây dựng về hộp thư bị hư của mình, và buộc phải theo lệnh tòa án đến ở tại một nơi dành cho người nghỉ hưu. Ông lập ra một kế để giữ lời hứa với Ellie: biến căn nhà của mình thành một khinh khí cầu tạm, sử dụng hàng vạn bóng bay để nâng nó ra khỏi nền móng. Russell (Jordan Nagai), một Hướng đạo sinh đang cố gắng lấy chuyên hiệu cuối cùng trong môn "Giúp đỡ người già", cũng trốn theo trên cái cổng vòm trước cửa nhà sau khi đã bị Carl lừa và sai bảo đi bắt con chim "snipe" (một loài chim cực kỳ khó bắt được).
Sau khi bị kẹt trong một trận bão, họ hạ cánh gần một khe núi lớn đối diện với Thác Paradise. Họ dùng trọng lượng thân thể làm chấn lưu (để kéo căn nhà nổi) và đi lại xung quanh khe núi, với hy vọng rằng họ sẽ đến được thác nước trước khi các bóng bay xì hơi. Họ gặp một con chim không bay to lớn và đầy màu sắc mà Russell đặt tên là Kevin (Pete Docter) (về sau họ mới biết đó là một con chim mái), và một con chó tên Dug (Bob Peterson) đeo một vòng cổ đặc biệt cho phép nó có thể nói được. Dug là thành viên có địa vị thấp nhất trong một đàn chó rất thông minh của Charles Muntz. Muntz, vì chưa tìm được mẫu vật còn sống của con vật mà xưa kia bị cho là giả tạo, vẫn còn sống trong lưu vong. Vẫn tin tưởng rằng ông và các con chó của mình sẽ tìm được con thú ấy, Muntz đã huấn luyện các con chó như một đội quân đầy tớ.
Muntz mời Carl và Russell vào khinh khí cầu khổng lồ của mình. Lúc đầu Carl rất vui mừng được gặp mặt thần tượng thời thơ ấu, nhưng sau đó nhận thấy rằng Muntz có mặt tối: Khi Muntz biết được về Kevin, Carl nhận thấy Muntz đang tìm cách bắt nó, và đã giết những nhà thám hiểm trước đó đã trở thành chướng ngại. Carl, Russell, Dug, và Kevin chạy trốn khỏi đội quân chó của Muntz, nhưng Kevin đã bị thương trong lúc chạy trốn. Khi mọi người đưa Kevin về với các con, Muntz và bầy chó cũng đến (do có thiết bị định vị trong vòng cổ của Dug) và đốt lửa dưới căn nhà của Carl, buộc Carl phải bỏ Kevin để chữa cháy; Muntz bắt được con chim và bỏ đi. Carl cuối cùng đưa căn nhà đến thác nước (đúng như lời đã hứa với người vợ) và các bóng bay cũng đã xì hơi. Buồn bã vì Carl đã bỏ Kevin để cứu căn nhà và tin rằng tự mình có thể cứu được con chim đó, Russell đã gắn bóng bay của Carl vào mình và dùng một máy thổi lá để đi tìm khinh khí cầu của Muntz.
Ngồi trong căn nhà của mình, Carl buồn bã mở ra quyển lưu niệm từ niên thiếu của Ellie, và bất ngờ tìm được những hình ảnh trong cuộc sống chung của họ trong những trang trước kia còn trống, và một lời ghi cuối từ Ellie, cảm ơn ông cho "cuộc phiêu lưu", và động viên ông hãy đi tìm một "cuộc phiêu lưu mới". Hớn hở, ông ra ngoài để tìm Russell, nhưng chỉ thấy cậu bé đã bay xa. Carl giảm nhẹ trọng lượng của căn nhà bằng cách vứt đi những đồ nội thất cũ và những vật dụng có kỷ niệm tình cảm khác, và đuổi theo Russell. Russell cuối cùng bị bắt, nhưng Carl đến kịp lúc để cứu cậu bé và thả Kevin. Muntz rượt đuổi theo họ trong khinh khí cầu cho đến khi ông dồn họ vào căn nhà với một khẩu súng săn trong khi Carl cố gắng giữ thăng bằng. Một khi Muntz vào được, Carl dụ Kevin ra ngoài cửa sổ bằng một thanh kẹo sô-cô-la trong lúc Dug và Russell ôm theo. Muntz nhảy ra theo, nhưng chỉ chụp được dây bóng bay và rơi xuống chết. Không còn dây giữ, căn nhà rơi xuống, nhưng Carl không quan tâm nữa.
Carl dùng khinh khí cầu của Muntz và đưa Kevin về với các con, rồi chở Russell và Dug về lại thành phố. Khi cha của Russell không tham dự lễ lên cấp cho con, Carl thực hiện vai trò đó và hãnh diện gắn chuyên hiệu cuối cùng cho Russell: là một cái nắp chai mà Ellie đã đưa cho Carl khi họ vừa gặp mặt - "Chuyên hiệu Ellie". Russell coi Carl như người cha, trong khi Dug - nay có địa vị cao nhất trong bầy chó của Muntz - coi Carl như chủ nhân mới. Khi cả ba bắt đầu những cuộc phiêu lưu mới, khán giả nhìn thấy căn nhà đã rơi đúng chỗ, ngay tại Thác Paradise.
