Olivia er næsten 10 år, da hun flytter ud på landet med sin mor og lillebror. Tristheden over at forlade de vante rammer og venner i storbyen bliver dulmet, da hun møder naboerne Karl og Bente, som byder hende velkommen til landet med varme og omsorg.

En dag får Olivia lov til at komme med Karl om i hans have, hvor han har et lille observatorium. Karl viser Olivia sit teleskop, og snart får den nysgerrige pige øjnene op for en helt ny verden – langt væk fra Jorden.

Hvorfor er nattehimlen mørk? Hvad sker der, når stjerner fødes? Eller når de dør? Gennem Karl lærer læseren en masse om alverdens astronomiske fænomener. Derudover giver "Olivia og Universet" også anledning til at vende mere ”jordnære” emner, såsom hvorfor voksne nogen gange går fra hinanden, hvordan man falder til et nyt sted og får nye venner etc.