《全球热恋》将故事从中国延伸到海外，甚至带入太空，围绕黄家三姐妹展开三段甜蜜与酸楚交织的爱情经历。
长女玫瑰（刘若英饰）历经努力，终于获得前往太空站工作的机会，却意外发现搭档竟是已经分手的恋人迈克（郭富城饰）。在狭窄而封闭的太空环境中，昔日情感被重新唤醒，也被无限放大。
次女百合（桂纶镁饰）独自来到悉尼闯荡。早年失败的恋情令她饱受洁癖强迫症困扰，正当她渴望重新开始时，却阴差阳错地遇见了自信张扬的垃圾工Johnny（陈奕迅饰）。这段看似格格不入的相遇，究竟是命运的玩笑，还是一场奇妙的爱情组合？
小女儿牡丹（AngelaBaby饰）是当红的烂片明星，13岁便进入演艺圈的她，一直渴望体验普通人的生活。一次在咖啡厅的体验活动中，她结识了怀才不遇的青年作家闻风（井柏然饰）。面对浪漫与现实的交织，这段感情将走向何方，也成了摆在她面前的难题。
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