После выстрела из гигантской пушки снаряд вместе с тремя пассажирами: Барбикеном, капитаном Николем и Мишелем Арданом, начинает пятидневное путешествие на Луну. Через несколько минут после начала полета небольшой, яркий метеор проходит в нескольких сотнях ярдов от них, но к счастью, не сталкивается со снарядом. Метеор благодаря силе притяжения Земли, стал ее второй Луной. Как выясняется позже, гравитационная сила этого спутника заставила снаряд отклониться от своего курса, направив его на орбиту вокруг Луны. По мере приближения к своей цели, герои начинают географические наблюдения с биноклем. Скоро снаряд, попадает на темную сторону Луны и погружается в холод. Далее, в южном полушарии герои наблюдают за величественными вулканами и долинами. Спутники делают вывод, что сейчас Луна необитаема, но раньше ее населяли существа, возможно похожие на людей.

Позднее снаряд начинает медленно двигаться в сторону от Луны, к "мертвой точке" (место, в котором гравитационное притяжение Луны и Земли становится равным). Снаряд начинает падать на Землю с расстояния в 160 000 миль, и он должен столкнуться с Землей со скоростью, равной той, которая была отмечена при вылете из пушки. Четырьмя днями позже, экипаж судна ВМС США замечают падение метеора с неба в море. Этим метеором оказывается тот самый снаряд, и еще через несколько дней спасательных работ герои спасены.