O cientista James Glaisher e a aeronauta veterana Amelia Wren embarcam em uma viagem de balão para atingir alturas que nenhum outro humano atingiu e provar, através do estudo da atmosfera, que o tempo e o clima podem ser previstos.
Os Aeronautas mistura um romance de época sobre uma importante descoberta científica com a tensão e os riscos de uma viagem de balão dessa magnitude, explorando ao máximo a aflição do público pelos seus protagonistas quando estes se colocam em risco.