El afamado astrofísico Neil deGrasse Tyson nos lleva a dar una vuelta por el Sistema Solar y el Universo conocido, estableciendo la dirección de la Tierra dentro del Supercúmulo de Virgo. También comparte la historia de la persona que abanderó una comprensión del lugar de la Tierra en el Universo, el italiano del renacimiento Giordano Bruno y su visión del universo como una expansión sin límites del espacio y del tiempo.
Después hace una exploración dentro del Calendario Cósmico, que empieza con el Big Bang, igual que en el primer episodio de la serie original. El episodio termina cuando deGrasse Tyson narra como conoció a su mentor Carl Sagan, quien presentó la primera serie de Cosmos.

La historia comienza con Tyson sentado en el fuego de un campamento contando como el lobo se transformó merced a la selección artificial en el perro doméstico. Luego, con la Nave de la Imaginación explica cómo la selección natural ayuda a crear los osos plares, y habla también sobre el ADN, los genes y las mutaciones.
También describe la evolución del ojo y el Arbol de la Vida, las extinciones masivas, y como podría ser la evolución en otros mundos, como la luna de Saturno, Titán. El episodio termina con la secuencia animada de la evolución desde una célula a los humanos de la serie original.

Tyson explica como se conoció el origen de los cometas gracias al trabajo de Jan Oort y su hipótesis de la nube de Oort. Continúa relatando la colaboración entre Edmond Halley e Isaac Newton que conduciría a la publicación de Philosophiae Naturalis Principia Mathematica, la primera obra importante en describir las leyes de la Física en términos matemáticos. Este libro desafió la noción prevalente de que Dios había diseñado los cielos para que se rigieran por su voluntad directa, demostrando que los astros siguen unas leyes gobernadas por la física. Termina explicando como este trabajo influenciaría muchos aspectos de la vida moderna y ppsobilitaría los vuelos espaciales.
Las otras contribuciones de Halley fueron determinar la distancia de la Tierra al Sol, el hallazgo del movimiento propio de las estrella y la predicción de la llegada del cometa que fue bautizado con su nombre, usando las leyes de Newton.

Exploraremos el cosmos a escalas microscópicas y atómicas con la Nave de la Imginación. Veremos los microorganismos que viven dentro de una gota de agua, hablaremos de cómo las plantas usan la fotosíntesis gracias a sus cloroplastos para convertir el agua y el dióxido de carbono en azúcares. Tyson explicará la naturaleza de las moléculas y los átomos y como están relacionados con la evolución de las especies, cómo los filósofos griegos Tales de Mileto y Demócrito de Abdera postularon que toda la materia estaba compuesta de átomos. Veremos la estructura básica atómica y la fusión nuclear y cómo se crean los neutrinos cuya existencia predijo Wolfgang Pauli y que son detectados por instalaciones como la de Super-Kamiokande. Los neutrinos generados por el Big Bang still aún pueblan el universo donde pueden ser detectados pero no más allá del "Muro del Infinito", todo lo que está más allá del universo observable.

Tyson explica la naturaleza de la luz y como el universo observable es una imagen del pasado, como descubrió John Herschel. Describe cómo el trabajo de Isaac Newton, William Herschel, y James Clerk Maxwell condujo a la Teoría de la Relatividad de Albert Einstein, que concibe la luz como una constante fundamental del universo y que la gravedad es una distorsión de tejido del espacio-tiempo. Luego Tyson describe la naturaleza de los agujeros negros, cuyas enormes fuerzas graviacionales impiden que la luz salga de su atracción. Con la Nave de la Imaginación entraremos en un agujero negro e imaginaremos que puede haber dentro. El hijo de John Herschel, William, continuará el trabajo de su padre catalogando las estrellas y contribuyendo al desarrollo de la fotografía.