Alors que le président des États-Unis est retenu en otage sur la base Vegan sur la Lune, un clone remplace celui-ci à la Maison-Blanche. L'inspecteur Richard "Dick" Dix enquête au nom du FBI, mais naïf, il ne s'imagine pas se retrouver au cœur d'un énorme complot.
Lors d'un congrès du Club des Astronomes, le professeur Barbenfouillis, président de ce club, surprend l'auditoire en faisant part de son projet de voyage dans la Lune. Il organise ensuite pour ses confrères la visite de l'atelier où l'obus spatial est en chantier. Il sera propulsé en direction de la Lune au moyen d'un canon géant de 300 mètres de long, embarquant à son bord six savants astronomes, dont Barbenfouillis.
1965, une station spatiale japonaise est détruite par des ovnis, alors qu' une série de catastrophes inexplicables s'abat sur le monde. Venise est engloutie sous les eaux et, après la destruction du Golden Gate par un missile spatial, il devient évident que la Terre est l'objet d'une attaque extraterrestre lancée depuis la Lune.
Après sa fuite des États-Unis, le grand Barnum arrive en Angleterre avec le nain Tom Pouce, à la recherche d'une opportunité financière à la taille de sa réputation. Ayant fait la connaissance de l'inventeur d'un explosif révolutionnaire, le professeur Von Bulow, il va tenter de voler son projet de lancement d'un vaisseau vers la Lune.
Des scientifiques partent en mission sur la planète Mars, mais une soucoupe volante quelque peu belliqueuse les force à rebrousser chemin. De retour sur Terre, ils réalisent qu'ils ont malencontreusement ramené de l'espace une créature surpuissante, qui ravagera tout sur son passage.
Une guerre globale est déclenchée en 1940. Cette guerre s'éternise sur plusieurs décennies jusqu'au moment où la plupart des survivants, quasiment tous nés après le commencement de la guerre, ne savent même plus qui a commencé le conflit ni pourquoi. La production industrielle a cessé et la société a rétrogradé et s'est divisée en communautés primitives localisées. En 1966, une épidémie de peste vient encore réduire le nombre de Terriens, qui ne sont plus que quelques poignées. Un jour, un curieux aéroplane atterrit près de l'une de ces communautés. Le pilote parle d'une organisation occupée à rebâtir la civilisation et qui parcourt le monde pour reciviliser les groupes de survivants. De grands chantiers sont entrepris durant les décennies qui suivent, jusqu'à ce que la société soit de nouveau grande et puissante. La population mondiale vit à présent dans des villes souterraines.
Été 1946 à Moscou. L'Institut des voyages interplanétaires se prépare à envoyer un vaisseau spatial géant sur la Lune. Inquiété par l'échec des essais précédents, le directeur de l'Institut décide d'annuler la mission. Le scientifique créateur du vaisseau, ancien bolchévik, accompagné d'une assistante et d'un jeune homme passager clandestin s'envole tout de même malgré l'interdiction. Le vol se passera bien, émaillé de quelques petites péripéties, le vaisseau se posera sur la Lune. Enfin, alors que sur Terre la doublure du vaisseau s'apprête à décoller pour une mission de secours, la cabine du premier redescend suspendue à son parachute, ses trois passagers en sortent indemnes et sont fêtés par la population.
Le duché du Grand Fenwick a un problème : son château n'a plus d'eau chaude. Afin de récolter les fonds nécessaires pour la réparation de la plomberie, le Grand Fenwick réclame de l'aide auprès des États-Unis, et en particulier son département de recherches spatiales. Les Russes envoient eux aussi de l'aide pour montrer qu'ils sont également partisans de l'internationalisation de l'espace. Tandis que le grand-duc rêve de bains chauds, le seul scientifique de l'État met tant bien que mal au point une fusée. États-Unis et Soviétiques ont vent du lancement imminent de l'engin et entrent alors dans une compétition pour être les premiers à atteindre la Lune.
1969 : l'homme s'apprête à poser son premier pas sur la Lune. Le souffle coupé, le monde attend des images qui, pour des raisons techniques sont obtenues par le biais d'une antenne géante située dans un village du fin fond de l'Australie. Tout devait bien se passer, mais évidemment…
Dirk Green est un ingénieur qui a construit une fusée pour atteindre la Lune. Le gouvernement lui envoie un militaire qui lui explique que ce genre d'expérimentation ne peut se faire à titre privé et que son projet doit passer sous l'égide gouvernementale. Green n'est pas d'accord du tout alors que ses deux collaborateurs Steve et June le seraient plutôt.
Lors d’une banale mission en orbite autour de la lune, deux astronautes américains, découvrent un étrange cocon dans l’épave d’un vaisseau spatial d’origine inconnue flottant à l’abandon dans l’espace, ainsi que le cadavre d’un humain, dont une datation au carbone 14 permettra de certifier qu’il est mort depuis 14 000 ans, bouleversant ainsi quelques-unes des théories concernant notre origine.
À l'approche des vacances en Angleterre, Wallace hésite sur la destination touristique. Lorsqu'il s'aperçoit qu'il n'a plus de fromage en réserve pour manger avec ses crackers, il a l'idée de se rendre pour les vacances sur la Lune, qui est composée de fromage. Il se met alors à construire une fusée avec son chien, Gromit.