С планеты Альфа созвездия Кассиопея на Землю были посланы сигналы бедствия. В соответствии с проектом Виктора Середы туда отправляется экспедиция. Команда формируется из подростков не старше 14 лет, чтобы к концу полета экипаж составляли космонавты в самом расцвете сил. Но из-за безответственного поведения космического зайца Лобанова корабль оказывается у конечной цели значительно раньше намеченного срока.

Экипаж юных астронавтов оснащен поистине уникальной техникой — тем не менее ему предстоит преодолеть множество сложных проблем и проявить исключительную изобретательность.

Знаете ли вы, что…

В фильме «Через тернии к звёздам» (1980), в эпизоде, когда герои оказываются на земном космодроме, на табло вылетов указан звездолёт «ЗАРЯ» и пункт назначения — Кассиопея.

Актёры, игравшие роботов-вершителей, испытывали неудобство, нося на лице очки с множеством линз, потому что если для зрителя на экране множились только глаза роботов, то для самих актёров множилась вся окружающая обстановка. Ещё сложнее приходилось тем, кто играл роботов-исполнителей. Их чёрные кожаные костюмы не имели никаких молний или застёжек, из-за чего для каждой съёмки актёры должны были вшиваться в них и снять с себя без посторонней помощи во время перерыва не могли.

Сцены будущего (когда звездолёт «ЗАРЯ» после 27-летнего молчания вышел на связь) снимались в Зеленограде, возле зданий Южной промзоны и Московского института электронной техники (МИЭТ).
Пейзаж планеты снимали возли Керчи, у горы Опук.

Изначально создатели не собирались делать продолжение фильма «Москва — Кассиопея». Однако отснятого для первого фильма материала оказалось слишком много, поэтому в Госкино разрешили смонтировать две картины.