Um vaivém espacial de uma empresa chamada Drax Industries que estava acopulada num Space Carrier Shuttle Aircraft é misteriosamente roubada causando o incêndio do avião transportador. Entretanto, Bond regressa a Londres da África do Sul mas, durante a viagem, é atacado pelo piloto e por Jaws. Consegue sobreviver e, na cidade londrina, o agente é posto a corrente do assalto do vaivém e enviado à Califórnia para investigar a empresa e o seu proprietário, Sir Hugo Drax.
Bond encontra-se com Drax, acompanhado do seu lacaio Chang, que lhe deseja uma boa estadia. O agente encontra-se com Dr. Goodhead que lhe faz um teste na centrifugadora espacial. Porém, Chang altera o teste aumentando a velocidade para acima do limite mas o agente sobrevive após lançar uma bala escondida na sua manga aos comandos da cabine. Mais tarde, Bond faz amor com Corinne Dufour no quarto dela e investiga o quarto de Drax e descobre uns planos azuis de uma forma vítrea a ser realizada por uma empresa em Veneza. Quando Drax descobre que Dufour a tinha traido, mata-a.
O agente entre em Veneza onde é perseguido por homens de Drax nos canais mas a sua gôndola transforma-se numa hovercraft e consegue escapar-se. Durante a noite, 007 visita a empresa vítrea e o seu museu e descobre que alguma da produção tem destino o Rio de Janeiro, no Brasil. Descobre também que alguns frascos com as mesmas formas escritas nos papeís azuis servem para reter um gás letal. Regressa ao hotel e entra no quarto de Goodhead onde esta lhe promete ajudar sobre a empresa de Drax mas no fim desconfiam-se um do outro.Ambos fazem amor.
Bond pede a M e ao ministro da Defesa britânica para mostrarem o laboratório onde é fabricado o gás em causa mas o laboratório fora entretanto reconvertido numa sala de desenho e os três homens encontram Drax espantado. O ministro, humilhado, exige a expulsão de Bond do caso mas M autoriza a continuação após receber um frasco desse gás das mãos do agente.
No Rio de Janeiro, o agente investiga algumas das cargas de Drax. Durante o carnaval, o seu contacto local Manuela é quase assassinada por Jaws. Bond volta a encontrar-se com Goodhead e Jaws no cimo do Pão de Açúcar e os três envolvem-se numa luta no teleférico. Jaws acaba por cair do teleférico e é salvo por uma rapariga loura e que pela qual se apaixona directamente. Bond e Goodhead são capturados por homens de Drax disfarçado de médicos e são presos dentro duma ambulância. Bond consegue escapar-se com o carro em movimento mas Goodhead não.
O agente contacta com o M a partir do Brasil e é notificado que o gás presente na ampola provinha de uma rara orquídea da Amazónia. O agente parte à procura das instalações de Drax ao longo do rio Amazonas e, uma vez em terra, é caputrado por Jaws é levado para o centro de controlo de Drax onde vê quatro Moonrakers a decolar. Após ter assistido às descolagens, o agente confirma que o roubo do Moonraker no início era apenas um pretexto e um encubrimento. Drax envia o agente para umas estrutura directamente por baixo do quinto Moonraker pronto para levantar voo onde lá se encontra Goodhead. Os dois conseguem escapar, disfarçam-se de pilotos e penetram no sexto Moonraker que segundos mais tarde inicia a sua ignição.
No Espaço, as seis naves reecontram-se à volta de uma estação espacial. Chegam por acaso à sala de controlo onde conseguem desligar um bloqueador de radar. Bond e Goodhead são capturados e reparam no plano de Drax que consiste em destruir a Humanidade ao lançar 50 grande esferas de vidros com orquídeas negras dentro delas. As toxinas ao atingir a Terra iriam destruir qualquer forma de vida humana. Na nave em que seguiam Bond e Goodhead estava também doze casais seleccionados cujo objectivo é criar uma nova raça. Bond convença Jaws a mudar os seus papeis de modo a virar-se contra Drax ao afirmar que nenhuma raça é inferior a outra.
A Base da Força Aérea de Vandenberg recebe o sinal da estação de Drax e envia uma vaivém espacial militar. No espaço os marines espaciais confrontam-se com os homens de Drax através de pistolas de laser. Dentro da estação, Bond atira sobre Drax e expulsa-o para o Espaço. Entretanto, porém, drax já tinha lançado três esferas. Os norte-americanos regressam para o vaivém e James Bond e Goodhead partem atrás das três esferas num Moonraker destruindo-as com sucesso através de tiros laser.O filme termina com Bond e Goodhead fazendo amor…no espaço!
