Mitten im Zweiten Weltkrieg: Die Air-Force-Pilotin und Flugzeugmechanikerin Maude Garrett (Chloë Grace Moretz) wird mit der Mission beauftragt, einen Koffer mit streng geheimem Inhalt zu befördern und sich dafür an Bord einer B-17 Flying Fortress zu begeben.

Die rein männliche Besatzung ist über die Anwesenheit der jungen Frau nur wenig begeistert und verweist sie auf den Platz im kugelförmigen Waffenturm am Rumpf des Bombers. Von dort aus beobachtet sie eigenartige Schatten an den Tragflächen und sichtet feindliche Kampfflieger zwischen den Wolken. Doch die Männer nehmen ihre Warnungen nicht ernst. Erst als es Maude gelingt, einen gegnerischen Luftangriff mit dem eingebauten Maschinengewehr abzuwehren, beginnt die Crew, die wahre Identität der unerwünschten Passagierin zu hinterfragen.

Doch die misstrauischen Kollegen sollen nicht ihr einziges Problem bleiben: An Bord der Flying Fortress macht sich eine unheimliche Kreatur an den Geräten zu schaffen und attackiert die Besatzung. Maude setzt nun alles daran, um ihre wertvolle Fracht zu schützen.