L'ingénieur Los entreprend la construction d'un appareil destiné à se poser sur la planète Mars. Il en a assez de la Terre, où des déboires conjugaux avec Natacha, son épouse, viennent se mêler à de nombreux soucis. Un jour, à la suite d'une querelle avec son épouse, il lui tire dessus, et décide de fuir immédiatement sur la planète Mars à bord de son appareil. Il sera accompagné dans son voyage par un soldat de l'Armée Rouge démobilisé - Gussev, qui veut exporter ses idées révolutionnaires sur Mars - et par un détective le poursuivant pour la mort de sa femme. Arrivé sur Mars, Los tombe amoureux de la souveraine de la planète: Aelita. A la suite d'intrigues dues au premier ministre, ils sont emprisonnés dans les caves avec les esclaves. Avec l'aide de la servante d'Aelita, ils réussissent à s'échapper et entraînent les esclaves à se révolter contre l'oppression. Alors que le soulèvement est sur le point d'aboutir, Aelita les trahit. Fou de rage, Los se réveille dans la gare de Moscou, où il se trouvait pendant qu'il fuyait le détective, au tout début du film. Ce n'était qu'un rêve. Il rentre alors chez lui pour retrouver sa femme bien vivante, qui en fait ne l'a pas trahi. Il abandonne ses projets chimériques et décide de rester sur la Terre après avoir brûlé ses plans.