O filme acompanha a trajetória de dois cachorros que são enviados ao espaço através de um programa do governo russo. Belka e Strelka são submetidos a um intenso treinamento, junto com outros animais, a fim de prepará-los para a viagem. Com força de vontade e solidariedade de alguns colegas, eles conseguem superar seus adversários e, finalmente, subir na cápsula Sputnik 5 acompanhados de quarenta ratos e um convidado especial.