Julio Verne narra las aventuras de los pasajeros instalados dentro de una bala gigante que los lleva hacia la Luna.
Mientras en "De la Tierra a la Luna" se dedica a explicar minuciosamente cómo unos emprendedores planean y ejecutan todos los preparativos para un viaje hacia la Luna en una bala de cañón, en "Alrededor de la Luna" describe el transcurso de ese viaje.

El viaje se realiza durante la luna llena y, aunque la idea de los tripulantes era aterrizar en el satélite, pronto se dan cuenta de que están atrapados orbitando alrededor de él.
Hacen conjeturas sobre la posibilidad de vida selenita, y después de comprobar que en el lado de la Luna que siempre mira a la Tierra, ampliamente explorado por los telescopios de la época, no hay indicio de vida, se internan en el otro lado.
Como todo esto transcurre durante la luna llena, el lado oculto se encuentra absolutamente a oscuras.
Sin embargo, estalla un bólido que hace posible, apenas por unos instantes, ver bien la superficie lunar de cerca, y los personajes se dan cuenta de que, en el pasado, la Luna tuvo continentes, ciudades y vida selenita que luego sería destruida.
Tras dar la vuelta a la Luna deciden utilizar los cohetes que tenían en la parte posterior de la bala (que originalmente planeaban usar para amortiguar su alunizaje) para neutralizar la inercia del proyectil y caer en el satélite.
Su proyecto no funciona y caen hacia la Tierra.
El mar amortigua el impacto y son rescatados por la marina estadounidense.
En esta historia se describen con lujo de detalles las peripecias de los tres exploradores Impey Barbicane, Nicholl y Miguel Ardan, que viajan a la Luna en una bala de cañón hueca, y cómo logran regresar a la Tierra.