De retour de voyage, Tintin et le capitaine Haddock apprennent que le professeur Tournesol est parti pour la Syldavie où il leur demande de le rejoindre. Ils le retrouvent dans une base secrète de recherches atomiques tapie au cœur des montagnes et dirigée par Monsieur Baxter. Là, le professeur Tournesol les informe qu'il a été engagé pour conduire la réalisation d'une fusée lunaire dont il a conçu le moteur atomique, et qu'il s'apprête à partir pour la Lune. Bien malgré eux, Tintin et le capitaine Haddock acceptent de l'accompagner. Cependant, de mystérieux concurrents tentent de saboter le projet...