Во время уборки урожая Незнайка решает лично принести арбуз и только чудом спасается от него. Решив в качестве извинения принести огурец, Незнайка ночью отправляется в огород, где сталкивается с жуком, которого ему удаётся напугать своей тенью. Вскоре, однако, жук понимает, что был обманут, и налетает на Незнайку сзади, ударив его по голове, после чего улетает. Пытаясь понять, кто его ударил, Незнайка оглядывается вокруг и решает, что от Луны оторвался кусок. Подняв с земли свою шляпу, он находит под ней камень и считает, что этот камень упал с Луны. Он отдаёт его Знайке. На следующий день Знайка заметил, что при действии на камень магнитного поля камень создаёт невесомость.
Знайка принял решение сделать ракету и полететь вместе с остальными коротышками на Луну, предварительно устроив спор с астрономом Стекляшкиным о том, есть ли на Луне жизнь или нет. Перед полётом на Луну Незнайка украл прибор невесомости, чтобы проверить его на рыбах, и чуть не утопил в реке. За это Знайка отказывается взять его на Луну.
Незнайка решил спрятаться в ракете и полететь запрещённо. Вместе с собой он берёт Пончика, которого не взяли на Луну из-за того, что он очень тяжёлый, и его якобы не поднимет ракета. В ракете они забираются в мешки с семенами и планируют поспать до утра. Когда Незнайка заснул, Пончик пытается выбраться из ракеты, но вместо этого запускает её, и они вдвоём с Незнайкой улетают на Луну.
По прилёту Незнайка проваливается в кратер на лунной поверхности и попадает на внутреннее ядро Луны, населённое такими же коротышками, как и он. На Луне растения пропорциональны росту самих коротышек, а Незнайка не знал о существовании денежных отношений. Он спускается с парашютом на шпиль дома Клопса, где встречается с журналисткой Звёздочкой. Та говорит, что он будет её находкой, но Незнайка отказывается, отстёгивает парашют и падает. После этого он оказывается в саду Клопса и съедает грушу, за что Клопс натравляет на него крокодилов, которые на Луне являются домашними животными вроде собак. Незнайке удаётся убежать через забор, и при этом он не понимает, в чём его вина.
За отказ платить за ужин в ресторане он попадает в тюрьму, где рассказывает о гигантских растениях и семенах, которые он привёз на Луну. Этот рассказ привлекает внимание одного из заключённых, Миги. Он даёт Незнайке письмо и просит после освобождения передать его торговцу оружием Жулио, другу Миги.
После освобождения Незнайка снова встречается со Звёздочкой. Оказывается, её уволили за публикацию статьи о том, что заводы господина Спрутса загрязняют воздух. Незнайка и Звёздочка идут к Жулио, который забирает Мигу из тюрьмы, заплатив за него взятку, и они принимают решение создать Акционерное общество гигантских растений и, продавая его акции, получить деньги на постройку летательного аппарата и забрать семена гигантских растений с поверхности Луны.
Затем Мига и Жулио устраивают рекламную акцию общества на телевидении. Этой организацией заинтересовались лунные богачи (в особенности, господин Спрутс), большинство из которых занимаются производством искусственных продуктов питания. Они боятся конкуренции со стороны гигантских растений и пытаются предотвратить добычу семян с поверхности Луны. Спрутс подкупает Мигу и Жулио за полмиллиона фертингов и вместе с другими богачами собирает ещё три миллиарда на уничтожение ракеты с семенами, находящейся на поверхности Луны. При этом владелец табачной фабрики Скуперфильд отказывается участвовать в сборе денег, и Спрутс поручает своему помощнику Крабсу разобраться с ним.
Тем временем, Пончик покидает ракету и тоже проваливается на внутреннее ядро Луны. Он узнаёт, что местные жители не употребляют в пищу поваренную соль, и организует бизнес по добыче и продаже соли. В итоге он становится миллионером, и все называют его господин Понч. Незнайка и Звёздочка в это время пытаются догнать скрывшихся с деньгами Мигу и Жулио, но это им не удаётся.
Незнайка и Звездочка вынуждены ночевать на улице, под мостом. В это время их ловит полиция и отправляет на остров Дураков, на котором все веселятся.
В это время Знайка и другие коротышки с Земли строят вторую ракету с более мощными двигателями (так как лунного камня для изготовления запасного прибора невесомости у них не было) и отправляются на Луну спасать Незнайку и Пончика.
Пончик замечает их ракету и приходит к ним сам. Земляне вылетают за Незнайкой на остров Дураков. Они разрушают остров, и вместе с ним останавливаются заводы Спрутса, связанные с островом в единую сеть.
Звёздочка узнаёт от редактора Гризля, что под островом есть особая система, которая поглощает радость всех, кто живёт на этом острове. Эта радость служит энергией для заводов Спрутса, а под влиянием воздуха, загрязнённого заводами, коротышки превращаются в баранов. Эвакуировав с острова всех его обитателей, что в конечном итоге способствовало его затоплению, коротышки-земляне раздают обитателям Луны семена гигантских растений и возвращаются на Землю.
