Sechs Menschen treten die erste Fahrt zum Mond an: ein sonderlicher Professor, der behauptet, dass es dort Gold gibt, und sein junger Freund Helius, der die Rakete gebaut hat. Mit an Bord sind noch Chefingenieur Windegger und seine Verlobte Friede, in die auch Helius heimlich verliebt ist, der Agent eines Wirtschaftssyndikats, das das Mondgold kontrollieren will, sowie ein kleiner Junge, der sich als blinder Passagier an Bord geschmuggelt hat. Auf dem Mond kommt es zum Kampf um das Gold. Als der Sauerstoffbehälter beschädigt wird, muss einer auf dem Mond zurückbleiben, damit die anderen sicher zur Erde zurückkehren können. Helius bleibt, aber als er der startenden Rakete nachsieht und sich umdreht, sieht er, dass Friede bei ihm geblieben ist.

Fritz Lang legte im Rahmen des damaligen Kenntnisstandes größten Wert auf eine wissenschaftlich fundierte Darstellung der technischen Details von Start, Flug und Landung sowie der Mondlandschaft. Deshalb wurde als technischer Berater Professor Hermann Oberth, ein Pionier der Raketenforschung, engagiert. Ein weiterer Raketenpionier, Rudolf Nebel, wurde von Oberth als technischer Mitarbeiter eingestellt, und beide zusammen konstruierten eine zwei Meter lange Rakete, die zu Werbezwecken auf Anregung von Willy Ley bei der Premiere in den Himmel geschossen werden sollte, aber leider nicht funktionierte. Die Rakete, das Startgestell und weitere Komponenten wurden im Anschluss an die Produktion von den Raketenentwicklern im neu gegründeten Raketenflugplatz Berlin-Reinickendorf weiterverwendet.[2] Aus den technischen Elementen in Verbindung mit einer guten Tricktechnik entstanden die besten Szenen des Films. Getreu der Theorie des Astronomen Peter Andreas Hansen und damals noch verbreiteter wissenschaftlicher Annahmen kommen in dieser Geschichte auf der Rückseite des Mondes tatsächlich Sauerstoff, Wasser und Gold vor.

Fritz Lang erfand anlässlich dieses Films den Countdown, der den Start der Rakete wie bei den späteren wirklichen Mondflügen einleitet: „Als ich das Abheben der Rakete drehte, sagte ich mir: Wenn ich eins, zwei, drei, vier, zehn, fünfzig, hundert zähle, weiß das Publikum nicht, wann die losgeht. Aber wenn ich rückwärts zähle, zehn, neun, acht, sieben, sechs, fünf, vier, drei, zwei, eins, NULL! – dann verstehen sie.“