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旧机场区是故事主人翁唐亦琛（吴镇宇饰）小时成长的地方，每天在头顶上掠过的飞机让亦琛深深地迷恋上。其后，因父母性格不合，母亲忽然离家远走他方，令亦琛一直存在一个心愿，就是有一天能亲自驾着飞机，将母亲接回来一家团圆。家庭的背景令本来已乖巧聪明的亦琛更加生性自律，小小年纪已懂得反过来照顾父亲。沿着心愿一步一步的努力，亦琛终于真的成为飞机师。
身为高级副机长的亦琛，一直翘首以待成为首批华人机长，工作认真严谨，自我要求极高，因此在工作上获得很高的评价。对亦琛而言，驾驶飞机的技术是按着每一个程序与步骤，是不难掌握的事，只要再加上经验累积，当能达到挥洒自如之地；相反，在人与人之沟通上，对亦琛来说反而感到难以掌握捉摸，尤在感情生活方面，父母离异的影响确实非常深远。
与亦琛自小便成好友，一起对飞机着迷，一起成为飞机师的凌云志（马德钟饰），却有着另一套的感情哲学。云志认同亦琛必须追求真爱；但不会如亦琛般步步为营，而平白错失大好良缘，反而采取开放积极的态度，尽管被外人认为是风流机师，但本着风流而不下流为大原则，云志对这「美誉」是欣然受落的。而在同一机场里，空姐乐以珊（陈慧珊饰）也怀着追求浪漫真爱的梦，只是命运的安排，暂时未让他们三人遇上。直至以珊在工作中碰了钉子，索性将工作辞掉，往外地旅游散心，她与亦琛、云志才在命运之神的安排下，开展他们追求的真爱之旅……
意大利─罗马，一个热情浪漫的城市，隐隐然意味着一段浪漫炽烈的爱情即将发生。亦琛因工关系来到罗马，中国人在异乡，每遇上便份外的有深刻印象，亦琛与以珊巧合地相遇了，让感性的以珊认定为缘份的降临，而亦琛对以珊也生有特别的好感。在异国热情浪漫的氛围下，两人燃起炽热的爱火，首尝情到浓时难以自持的滋味，许下了爱的承诺。可是，一个重大的误会，令亦琛与以珊双方皆感到被受欺骗，原以为是天降姻缘，却变成很大的伤害。亦琛带着伤痛随工作人员回程归港，而脆弱的以珊仍孤身在异地，感觉份外的凄凉。尤幸这时遇上了后来而至的云志，在云志的热情追求下，以珊才将伤痛慢慢的抚平过来。在云志而言，以珊的出现是一个恩典、一个肯定，很快便锁定目标，视以珊为终身伴侣的唯一对象。
亦琛在罗马的短短日子里，最令他难忘的除了以珊之外，就是青年─邢风。一次事件，亦琛对邢风有很深的成见，觉得邢风是饱食终日、随便放任的人。总括而言，这个罗马之旅对亦琛来说，可算是一次惨痛的经验，可是那个重大的误会偏偏造就了好友云志与以珊的情缘。父母的复合，让亦琛这才知悉原来母亲当日是怀着他的弟弟唐亦风离开的，更意外的是，亦风正是一年前在罗马认识的邢风。
云志为了以珊将澳洲基地转移回来香港，并第一时间要将喜讯与亦琛分享，以珊以云志的未婚妻身份再见亦琛，已淡忘的往日激情以及伤害再刺着二人的心，亦琛也向云志、以珊投以衷心的祝福，让以珊全情投入云志的爱。
与亦风同时投考机师的还有充满自信、外刚内柔的童希欣。希欣存有对爱情、对男人缺乏信任之心，甚至有着反叛的心理，甚么事也要做得比男性更加出色，令其与亦风成为竞争斗气的冤家。思想简单、天真，被受父母宠爱的跨国大集团董事长之子万浩聪，对希欣可说是一见钟情，希欣对浩聪的抗拒，更令浩聪有追求到底的决心，甚至因为追求希欣才投考飞机师一职。经过重重考试难关之后，正值等候获取录前往澳洲进行飞行训练课程资格的时候，希欣发现生父是谁的点点蛛丝马迹，随着线索前往日本北海道寻找生父。浩聪为向希欣献殷勤，联同友好一起前往，而亦风因与家人关系仍处恶劣之时，也决定凑兴与众一起往日本去。
原以为在云志与以珊的婚礼过后，罗马往事的对与错该划上句号，偏偏冥冥中像在玩弄着二人，似乎走向完满的婚礼原来是错综复杂的三角关系的开始。当日的伤害终于被发现是误会一场，而且还是云志首先发现的。云志痛下决定，让亦琛、以珊知悉当日的误会，好让以珊在他与亦琛之间作出选择。以珊的决定令云志松一大口气来，可是尽管事过情迁，但于三个人的心里还是隐藏着一根刺，只待敏感的人来剌个正着，而往后，云志便是那位敏感的人。事件过后，亦琛、云志、以珊的三角关系变得更为微妙，以珊与云志有意无意间迫切地撮合苏怡与亦琛的爱情。加上了苏怡，这四人之间又是另一种微妙的关系。
在澳洲的训练期间，亦琛、亦风兄弟俩正式开展一段兄弟及师徒的关系。亦琛回港继续飞行工作，与亦风兄弟俩更有合作的机会，一众年青机师的干劲冲天，令亦琛、云志也受感染，齐齐为成为机长的关键时刻作最后冲刺。这人生中最重要的关头，偏偏让亦琛发现身体出现了毛病，病况令亦琛大有可能失去飞行的资格，为抉择应否放弃飞行事业，亦琛处于犹疑、矛盾的苦恼之中。亦风看出了端倪，最后探知了亦琛的病况，感到事情不能再拖下去，实行大义灭亲，以飞行安全理由直指亦琛不能继续飞行。众人为云志成为首位华人机师庆祝的同时，亦琛亦宣布接受内部转职，任对客的服务工作。飞机的起落犹如人生，也同样地有起有跌，在谷底的时候能依然为目标努力奋斗，相信终有再次振翅高飞的一天。
亦琛积极乐观地面对新工作新生活的种种挑战。这时，苏怡的关怀与鼓励让亦琛更添感动，对苏怡的爱更加肯定。本来亦琛与苏怡交往，是云志与以珊的心愿，但以珊每当见着亦琛与苏怡甜蜜一起的时候，竟不自觉地流露出酸溜溜之情，让敏感了的云志发现了。最后云志下了决定，回澳洲老家去，希望让以珊再作一次选择。另一边，亦风、希欣、浩聪的友谊也面对了考验。浩聪对希欣一直心存爱念，而希欣对亦风也由斗气冤家而渐渐开始微妙的感情进展，形成暧昧的三角关系。一次事件令亦风明白自己远不及浩聪对希欣的关心，加上浩聪不期然的无形压力，遂令亦风决定淡然退下，疏离二人。
这时，亦琛、以珊爱情之路似乎应该顺利无阻，可是以珊却发现亦琛越是付出得多，越显照出当日云志的爱的伟大，是亦琛怎样也无法超越得到的。究竟谁是最爱，最爱是谁，以珊与亦琛的爱情最终是怎样的结果？亦风看着苏怡牺牲自己，在亦琛与以珊之间退下，他与亦琛的兄弟情会否又再掀起矛盾？亦风、希欣、浩聪三人爱情友谊的两难局面，会否有新的发展。
演员吴镇宇
性格：为人踏实，做事井井有条，一板一眼，很有规律。待人以礼，君子之交，因感情内敛，故少有交心好友。
背景及遭遇：父母早年诞下亦琛之后，本来一家三日乐也融融地过活，但当亦琛17岁那一年，母亲突然不辞而别，剩下亦琛跟父亲相依为命。因为母亲是乘坐飞机离开，所以亦琛便立心毕业之后要当上飞机师，希望有一天能驾驶着飞机，迎接母亲回来。在亦琛努力之下，终于被SOLAR-AIRWAYS取录，并与小时认识的好朋友凌云志一同受训。
演员陈慧珊
性格：温柔善良，待人以诚，一直追求一段浪漫挚诚，至死不渝的恋爱。爱幻想，故经常有点冒失。
背景及遭遇：生长小康之家，父母恩爱，故对爱情抱乐观心态。惟越是对缘分的盼望，越是感觉缘分永远没走近她身边，令以珊常无奈自叹，但并没有令以珊沮丧，经常保持警觉，务使自己不能将缘分幸福错失。以珊非常喜欢旅行，所以选择了在一间航空公司当上机舱服务员，贪其假期多，机票便宜，亦可趁机遇上一段异国情缘。以珊因为帮忙一个转机的乘客寻回失散多年的女友，延误了航班，自觉失职，愿负上责任引咎辞了工作。以珊决定独自往意大利游玩，在罗马的旅途中，遇上了亦琛
演员马德钟
性格：豁达开朗，充满自信，对爱情抱乐观态度，认为终有一天会找到完美的情人，但在这段期间，不断去主动尝试寻觅，是其它人眼中的花花公子，但当工作时却是一派认真。背景及遭遇：生长小康之家，父母一段愉快婚姻令她与妹妹卓芝得以在健康快乐的家庭成长。少年时便与亦琛认识，成为好友，二人更齐齐迷恋上飞机，立志成为出色的飞机师，结果不负所望，与亦琛同时考入同一间航空公司担任飞机师工作。
演员胡杏儿
性格：开朗活泼，待人率性热情，乐于助人，为此屡碰钉子，但依旧不气馁。敢爱敢恨，甘愿为爱情作出牺牲。背景及遭遇：苏怡在一个大家庭中长大，一家十几口，很多哥哥姐姐分布世界各地，自己排行最末，所以苏怡甚得父母及哥哥姊姊痛锡，经常四处旅游探望家人。苏怡一次往香港旅游，被朋友所托，顺道带着一名小孩回香港与其母亲相见。但当抵达香港时，未能顺利找到小孩的母亲，小孩在港无亲无故，顿成了「人球」，最后幸得到在机场内工作的嘉露帮忙，终于解决了「人球事件」，因为这次的经历，苏怡决定留下来工作。
演员吴卓羲
性格：在外国长大，言行不拘小节，性格有点反叛，未懂人情世故，妄断独行，及后受哥哥亦琛的影响才慢慢成熟过来。重视友情，对爱情有憧憬，但若遇两者不能兼容的情况下，友情相对更为重要，致使爱情路上有点进退失当。
背景及遭遇：自幼与母亲佳美在意大利的罗马生活，天生不是读书的材料，但兴趣广泛，每有涉猎，因此经常转学系或报读各式各样的课程，结果被认为半途而废，不学无术
演员叶璇
性格：外刚内柔、不肯言败、有要求、有目标，独立性强，较少向别人吐露心事。自觉思想清晰，但还是敌不过感情一关，在处理感情事方面，显得较为摇摆不定，因为母亲的婚姻失败，令她对爱情缺乏了信心。背景及遭遇：在日本出生的希欣，自小与母亲相依为命，未知生父是谁，对母亲说及父亲已辞世事，希欣直觉并非事实，这心事多年来一直埋藏在心里。希欣很痛钖母亲，未知是否因母亲多年来在航空公司工作，经常飞来飞去，令希欣对飞航事业多点认识与敏感，但希欣有兴趣的并非母亲机舱服务工作，反而是飞机师一职。
此剧为无线电视2003年的台庆剧，故事以航空业为题材。是一个极具难度的题材，在香港电视史上的首次。在这套剧拍摄中，得到了国泰航空公司和香港机场管理局的支持。从开始大量的资料搜集，创作剧本以至拍摄，到最后完成后期剪接，整部剧集的制作历时三年。摄制组远赴多个海外城市取景，包括阿德莱德、罗马、佛罗伦斯和札幌，包括远赴澳洲的阿德莱德飞行训练学校，进行实景拍摄，当地有训练导师，提供专业指导和协助。
《冲上云霄》以航空业为题材，是香港电视史上的首次。该剧是吴镇宇阔别电视圈六年后首次拍摄电视剧集，贵为金马影帝的吴镇宇和无线当家花旦陈慧珊大演对手戏，擦出不少火花。马德钟、叶璇、胡杏儿都是无线力捧的演员，在这部戏中他们的角色形象都很丰满（人民网评）。
