2006년7월 9일, UFO를 보고 우주비행사가 되기로 약속한 뭇타와 히비토 형제. 시간은 흘러 2025년, 약속대로 히비토는 미국 항공우주국의 우주비행사가 되었다. 그에 반해 동생을 비웃은 상사에게 박치기를 하고 자동차 회사에서 짤려 무직이 된 뭇타. 재취직도 신통치 않은 채 의기소침해진 뭇타에게 사정을 들은 히비토에게서 메일이 온다. "그날의 테이프를 들어봐" 메일에 적혀진 대로, 어렸을 때 녹음해 둔 테이프를 들어본 뭇타. 그 때, 뭇타가 미뤄두었던 약속이 선명히 기억나고 다시 한 번 꿈을 향해 도전을 하고자 한다.
베테랑 우주비행사 브라이언 제이가 이끌고 있는 달 착륙선 로켓 CES-43의 백업 승무원으로 선발된 난바 히비토. 이례적인 선발에 기뻐하지만, 자신의 실력부족을 고민하는 히비토에게 브라이언은 선배로써 따뜻한 말을 남기고 달로 임무를 떠난다. 그러나 브라이언은 지구로 귀환 중 예상치 못한 사고로 죽고, 이 사고를 이유로 NASA가 우주개발 유인미션까지 재검토하게 되자 히비토는 전에 없던 실의에 빠진다.
한편 꿈을 잊고 자동차 회사 신차 개발 부서에서 일하는 형 뭇타는 현실성 없는 엉뚱한 아이디어만 늘어놓는다는 이유로 회사에서도 손을 놓은 시골 영업소로 좌천된다. 형으로써 브라이언의 죽음으로 실의에 빠진 동생 히비토에게 자신이 해 줄 수 있는 것이 아무것도 없다는 무력감에 괴로워하던 뭇타의 뇌리에 어린 시절 히비토와 함께 했던 어떤 기억이 떠오르는데…
《우주형제》(宇宙兄弟 우추쿄다이[*])는 만화 《우주형제》를 원작으로 한 실사 영화로 2012년5월 5일 전국 도호계 극장에서 개봉되었다. 감독은 영화 《햐쿠하치》의 모리 요시타카가 맡았으며, 오구리 슌과 오카다 마사키가 공동 주연을 맡았다. 영국의 록 밴드 콜드플레이는 이 영화를 통해 처음으로 일본 영화에 자신들의 노래 사용을 허락했다.
