На планету Венера отправляется совместная советско-американская экспедиция на трёх космических кораблях. Один из кораблей, «Капелла», погибает при столкновении с метеоритом. Оставшиеся экипажи «Сириуса» и «Веги» (первый — трое советских космонавтов и второй — советские мужчина и женщина, американец и американский человекообразный робот) принимают решение совершить посадку на поверхность Венеры, оставив на орбите только одного человека (женщину) для поддержки связи с Землёй. Корабль и планёр с другого корабля садятся далеко друг от друга.Венера оказывается богатой жизнью — планета населена животными, похожими на динозавров. Экспедиция на планёре (русский, американец и робот) оказывается в сложном положении, и второй экипаж отправляется к коллегам на выручку. Они сталкиваются с птеродактилем, бронтозавром, погружаются в венерианский океан, на дне которого находят странно выглядящие рифы. В конце концов они успевают спасти советского и американского товарищей за минуту до того, как тех поглотит кипящая лава. Робот, получивший повреждения и из-за этого чуть не погубивший своих спутников, тонет в лаве.Перед стартом с поверхности планеты один из членов экспедиции случайно обнаруживает в камне, поднятом со дна океана, скульптурный портрет женщины — «венерианской Аэлиты». После отлёта происходит кульминация — мы видим в отражении в озере фигуру женщины в белых одеждах, протягивающей руки вслед улетевшему кораблю.