L’action se passe à Moscou à la fin des années 40, alors que le métro est déjà oublié et que des aéroplanes filent à toute allure autour de la ville. En 1946, l’académicien Sedykh de l’Institut des transports interplanétaires (véritable astroville) s’apprête à voler sur la lune, mais inquiété par l’échec des essais précédents, le directeur de l’Institut décide d’annuler la mission. Sedykh réussit à s’envoler à bord du vaisseau qu’il a créé et à gagner la lune en compagnie de son assistante, l’étudiante Marina, et d’un passager clandestin, le pionnier Andrioucha. Lors d’une mission exploratoire, Sedykh est victime d’un éboulement lunaire. Alors que la base pense que la mission a échoué et s’apprête à envoyer une seconde fusée à leur recherche, tous finissent par rentrer sur Terre, sains et saufs, en grand triomphe.