«Non, mes amis, nous ne somme pas retombés sur terre! Non, nous ne sommes pas immergés au fond du golfe du Mexique! Oui! nous montons dans l'espace! Voyez ces étoiles qui brillent dans la nuit, et cet impénétrable obscurité qui s'amasse entre la Terre et nous!»

L'énorme canon conçu par l'ingénieur Barbicane a lancé dans l'espace un obus habitable. À bord, Nicholl, Barbicane lui-même et le Français Michel Ardan. Destination : la Lune! Grâce au télescope géant installé dans les montagnes Rocheuses, leur ami Maston ne les quitte pas des yeux...
Les trois passagers découvrent l'apesanteur qui les fait flotter à l'intérieur de leur projectile; ils croisent un corps errant qui modifie leur trajectoire; ils survolent la Lune… Mais bientôt va se poser une angoissante question : parviendront-ils à regagner la Terre?