Tiré par un gigantesque canon, l'obus imaginé par l'ingénieur Barbicane se dirige maintenant vers la Lune, et les trois passagers qui y ont pris place vont être les témoins d'extraordinaires événements : la découverte de l'apesanteur, la rencontre avec un astéroïde et enfin le survol de la Lune. Mais bientôt l'angoisse les gagne, ils se demandent comment ils vont pouvoir regagner la Terre.
