Два из трёх космических кораблей первой венерианской экспедиции, «Сириус» и «Вега» вышли на орбиту планеты («Капелла» взрывается при столкновении с метеоритом). Экипажем принимается решение всё же совершить высадку, не дожидаясь прибытия подмоги. Пятеро космонавтов (четверо из них — советские, один — американец) в сопровождении робота отправляются на Венеру, причем, группа из трёх астронавтов на корабле, а двое – на планере. Условия диктуют им необходимость выбрать для посадки удалённые точки; девушка Маша координирует их встречу, находясь на орбите.
Планета, как и надеялись путешественники, оказывается населена жизнью, однако она довольно агрессивна: здесь обитают хищные растения, создания, похожие на динозавров и прочие представители небезопасной флоры и фауны. Кроме того, землян встречают непростые погодные условия и извержение вулкана. Всё это крайне затрудняет встречу двух отрядов. Приключения ждут на каждом шагу, однако первооткрыватели мужественно справляются с проблемами, обсуждая философские вопросы космологии, в первую очередь связанные с происхождение жизни во Вселенной.
Космонавты обнаруживают признаки разумного существования на Венере. Последние кадры фильма подтверждают это открытие: в отражении воды мы видим женскую фигуру в белой тоге, протягивающую руки в сторону отлетающей ракеты.
