《火箭少女》主要描写了一群普通女子高中生如何成为出色的宇航员并最终踏上载人火箭升空之路的故事。

　　所罗门宇宙协会（简称SSA）是以完成日本首次载人火箭升空为目标，活跃在南太平洋所罗门群岛 等诸岛之间的组织。然，被寄予厚望的的LS-7新型火箭却屡次升空失败。终于，SSA所长那须田接到了日本政府“下一次的载人火箭升空，只能成功不能失败 ”的最终指令。如果再次失败，所有的计划都将被终止，　SSA面临着前所未有的压力和考验。

　　经过研究，那须田决定启用有发射成功记录的旧机型LS-5。LS-5就机型设计本身而言没有任 何BUG，为了减轻发射时的一切载重量，提高发射升空的成功率，宇航员安川晴行必须进行魔鬼式减重计划。在寻找不堪忍受而出逃的安川晴行时，那须田以及医 学主任旭川偶然遇到了为找父亲只身来到横滨的名校女高中生森田由佳利，于是便萌生了何不让身体轻盈的女高中生来完成宇航任务的想法……

　　由佳利随即接受了高强度的宇航员速成训练。（太可怜了……走在路上寻亲就被拉去充壮丁）

　　最终，亮丽的女高中生们能否完美的冲破大气层完成载人飞行呢？校规森严的名校，严禁学员在外打工（这能算打工么），我们的由佳利会因此而被迫退学么？一切迷题，将会在动画中为大家解开……