這是一部描述人類在21世紀開發月球的長篇小說。
小說將“月球老人”楊啟閎一生經曆作為背景，著重描述他的孫女楊柳月娥登月創業與曲折愛情的故事，在廣闊的地月係內，從一個側麵展現了這個世紀人類開發月球的曆程。
在這個世紀裏，中國一躍成為全球最強大的國家，國內一批又一批宇航員和月球開發者隨之而起。作為他們最優秀的代表，被人們稱為月球世家的楊啟閎子孫三代人，義無反顧地投身到人類開發月球的壯麗事業中。
自幼和楊柳月娥在月球相識的吳毅剛，在從美國來上海攻讀博士學位時戀上月娥。崇尚獨立個性的月娥並不認為他適合自己，她在聯合國月球開發署申請去月球開辦公司的過程中，與個性強、思維獨特的科弗代爾相識並相愛了。
經過幾代人的努力，人們在月球上找到了充足的水源，開發月球取得了巨大成功。月球提供的不盡氦3能源、豐富的礦產和優越的科研環境已成為地球不可或缺的需要，在世紀末月球居民已突破100萬人。為防止把地球上各國間的矛盾與衝突帶到月球上，聯合國禁止各國以國家名譽在月球上劃界及建立下屬政府組織，提倡在聯合國管理下實行聯合開發。“月球開發者社團聯盟”（月盟）應運而生，當小愛德華·弗裏曼官升月盟執行主席時，便操縱月盟與地球對抗，把一個好端端的地月關係推到了戰爭邊緣。
月娥普校同學梅秀愛上了吳毅剛，並苦苦追求著。可吳毅剛無意於梅秀，他一直還在思戀著他的心上人月娥。不久，從月球傳來月娥要和科弗代爾結婚的消息，吳毅剛痛苦已極，在一個雷雨交加的夜晚，神情恍惚地投向了梅秀早已向他敞開的懷抱……
月盟正變本加厲以要求獨立為名挑起與各國的衝突，月娥的普校同學冷江被“月署”派往月球工作，他在那裏發現小愛德華的一個更大的陰謀正在幕後策劃著。在月娥和科弗代爾舉行婚禮的前夜，月娥得知，科弗代爾在小愛德華的拉攏下，已投靠了月盟。月娥後悔不已，遂不顧個人安危及財產損失，帶著巨大的心靈創傷毅然脫離月球返回地球，並投入到摧毀月盟陰謀的鬥爭中。
在地月關係處於危難之中時，楊啟閎為顧全大局，不顧自己年事已高，親自赴月力挽狂瀾，試圖說服小愛德華放棄月球獨立主張，但終因小愛德華明禮暗拒而未能成功。
中美歐俄等國盡管各自利益不盡一致，但在月球獨立的威脅麵前，還是組成了維護地月關係集團，地月戰爭一觸即發。聯合國安理會通過決議，對月盟實行信息製裁，並委托中國政府派遣特使代表聯合國赴月斡旋。因意識到自己並不愛梅秀而鬱悶糾結的吳毅剛，冒著被月盟扣押的風險，堅持以特使助理身份帶著他剛剛研製成功的思維戰最新武器“思維炸彈”赴月。
吳毅剛赴月斡旋獲得巨大成功，不但維護了地月關係，而且識破了小愛德華那個更大的陰謀。此時月娥意識到，吳毅剛才是最值得她愛的人。當吳毅剛隨特使一道走下空天飛機的時候，月娥捧著一大束鮮花在迎接他。而吳毅剛此時卻在人群中看到了梅秀，這時他深感梅秀是最愛她的人，便急切地向她走去。當他們擁抱在一起時，得到的是那本該屬於他們的愛情。
在人們共同努力下，地月之間終於簽訂了和平合作條約，經過這場危機之後的地球人，又增加了一份對月球的戀情。月娥不顧情感上受到的巨大挫折，毅然返回月球，終於實現了用微波向地球輸送氦3能源的理想。冷江在被調回地球前夕明知不可能，但他左思右想還是把多年以來一直隱藏在自己心裏的、對月娥的愛戀之情當麵告訴了月娥。使他沒想到的是，月娥竟然接受了她的愛。