I soci del Gun Club, associazione americana di artiglieri con sede a Baltimora, annunciano di aver inventato un cannone capace di sparare un proiettile in grado di raggiungere la Luna. Il progetto prevede che il proiettile sia di forma sferica, costruito in alluminio, e che il dispositivo di lancio, un'enorme bocca in ghisa scavata nel terreno, utilizzi come detonatore il Fulmicotone (o Nitrocellulosa). Mentre i più illustri scienziati discutono la questione, da tutto il mondo piovono sottoscrizioni per finanziare l'impresa. Michel Ardan, un avventuriero francese, propone di modificare la forma del proiettile da sferica a cilindro-conica in modo tale da potervi entrare, offrendosi di diventare così il primo astronauta della storia. Nel corso di una disputa tra Impey Barbicane, direttore del Gun Club ed ideatore dell'impresa, e il Capitano Nicholl, suo avversario politico, nasce una scommessa: se il proiettile, con a bordo Barbicane, Ardan e Nicholl, riuscirà a raggiungere la Luna intatto, senza intoppi di costruzione né di lancio, il Capitano Nicholl dovrà a Barbicane quindicimila dollari. Alcuni osservatori, d'accordo con Nicholl, predicono che l'impresa sarà un fallimento, e che persino il lancio si risolverà in un disastro. Tuttavia, il lancio di prova ha successo. Alla presenza di spettatori arrivati da tutto il mondo, il proiettile viene quindi lanciato nello spazio. Ma Barbicane, Ardan e Nicholl non arriveranno a destinazione: la capsula entrerà nell'orbita della Luna e le ruoterà attorno come un satellite. Solo l'ingegno dei tre riuscirà a salvare loro e un cane da una lunga agonia e dalla morte per asfissia o per fame.