这是一部描述人类在21世纪开发月球的长篇小说。
小说将“月球老人”杨启闳一生经历作为背景，着重描述他的孙女杨柳月娥登月创业与曲折爱情的故事，在广阔的地月系内，从一个侧面展现了这个世纪人类开发月球的历程。
在这个世纪里，中国一跃成为全球最强大的国家，国内一批又一批宇航员和月球开发者随之而起。作为他们最优秀的代表，被人们称为月球世家的杨启闳子孙三代人，义无反顾地投身到人类开发月球的壮丽事业中。
自幼和杨柳月娥在月球相识的吴毅刚，在从美国来上海攻读博士学位时恋上月娥。崇尚独立个性的月娥并不认为他适合自己，她在联合国月球开发署申请去月球开办公司的过程中，与个性强、思维独特的科弗代尔相识并相爱了。
经过几代人的努力，人们在月球上找到了充足的水源，开发月球取得了巨大成功。月球提供的不尽氦3能源、丰富的矿产和优越的科研环境已成为地球不可或缺的需要，在世纪末月球居民已突破100万人。为防止把地球上各国间的矛盾与冲突带到月球上，联合国禁止各国以国家名誉在月球上划界及建立下属政府组织，提倡在联合国管理下实行联合开发。“月球开发者社团联盟”（月盟）应运而生，当小爱德华·弗里曼官升月盟执行主席时，便操纵月盟与地球对抗，把一个好端端的地月关系推到了战争边缘。
月娥普校同学梅秀爱上了吴毅刚，并苦苦追求着。可吴毅刚无意于梅秀，他一直还在思恋着他的心上人月娥。不久，从月球传来月娥要和科弗代尔结婚的消息，吴毅刚痛苦已极，在一个雷雨交加的夜晚，神情恍惚地投向了梅秀早已向他敞开的怀抱……
月盟正变本加厉以要求独立为名挑起与各国的冲突，月娥的普校同学冷江被“月署”派往月球工作，他在那里发现小爱德华的一个更大的阴谋正在幕后策划着。在月娥和科弗代尔举行婚礼的前夜，月娥得知，科弗代尔在小爱德华的拉拢下，已投靠了月盟。月娥后悔不已，遂不顾个人安危及财产损失，带着巨大的心灵创伤毅然脱离月球返回地球，并投入到摧毁月盟阴谋的斗争中。
在地月关系处于危难之中时，杨启闳为顾全大局，不顾自己年事已高，亲自赴月力挽狂澜，试图说服小爱德华放弃月球独立主张，但终因小爱德华明礼暗拒而未能成功。
中美欧俄等国尽管各自利益不尽一致，但在月球独立的威胁面前，还是组成了维护地月关系集团，地月战争一触即发。联合国安理会通过决议，对月盟实行信息制裁，并委托中国政府派遣特使代表联合国赴月斡旋。因意识到自己并不爱梅秀而郁闷纠结的吴毅刚，冒着被月盟扣押的风险，坚持以特使助理身份带着他刚刚研制成功的思维战最新武器“思维炸弹”赴月。
吴毅刚赴月斡旋获得巨大成功，不但维护了地月关系，而且识破了小爱德华那个更大的阴谋。此时月娥意识到，吴毅刚才是最值得她爱的人。当吴毅刚随特使一道走下空天飞机的时候，月娥捧着一大束鲜花在迎接他。而吴毅刚此时却在人群中看到了梅秀，这时他深感梅秀是最爱她的人，便急切地向她走去。当他们拥抱在一起时，得到的是那本该属于他们的爱情。
在人们共同努力下，地月之间终于签订了和平合作条约，经过这场危机之后的地球人，又增加了一份对月球的恋情。月娥不顾情感上受到的巨大挫折，毅然返回月球，终于实现了用微波向地球输送氦3能源的理想。冷江在被调回地球前夕明知不可能，但他左思右想还是把多年以来一直隐藏在自己心里的、对月娥的爱恋之情当面告诉了月娥。使他没想到的是，月娥竟然接受了她的爱。