アメリカ中西部のネブラスカ州。荒廃した農村地帯に住むルリ・マクマレン（クロエ・グレース・モレッツ）は、13歳の誕生日を迎えたばかりの少女。テレビで映画を見ることと絵を描くことが大好きだが、トラブルを抱えたアル中の両親からは相手にされず、友だちもない彼女は、熱心な映画鑑賞が育んだ想像力で現実逃避しながら、孤独で退屈な日々を送っていた。そんなある日、母と父が何も言わず、立て続けに突然蒸発する。1人残されたルリは、家を出て憧れの地ラスベガスに向かうことを決意。映画のような光り輝く夢の場所に行けば、自分を愛し、助けてくれる人と出会えるはずだと信じ、誕生日に貰った拳銃“スミス&ウェッソン45口径”を手に、ヒッチハイクを始める。幸先よく出会ったのは、童顔で片足が不自由な流れ者の青年エディ（エディ・レッドメイン）。だが、車に乗せてもらうと、当初は愛想が良かったエディの態度が次第に豹変し、気まぐれな性格が明らかになってくる。やがて口論となり、恐ろしくなったルリは辛うじて車から脱出。誰もいない僻地のど真ん中で野宿する羽目に。そしてある朝、どこか悲しげでセクシーな女性グレンダ（ブレイク・ライブリー）と出会う。ルリは彼女の車に同乗させてもらい、絆を深めながら、西に向かって車を飛ばす。ある街で、グレンダのリッチな恋人の家に辿り着くと、そこでルリはエディと再会。和解した2人は一緒に買い物に出かけるが、再びエディが本性をむき出しにしてくる。果たしてルリは、エディから逃げ切ることができるのだろうか……？そして、夢のラスベガスに無事辿り着くことができるのだろうか……？