Nous sommes en 1969 et, comme tout le monde, Nat et ses amis IQ et Scooter sont excités par la première expédition lunaire avec des humains à bord. Inspiré par l'histoire que son grand-père lui a raconté au sujet de sa propre escapade à bord de l'avion d'Amelia Earhart lors de sa traversée transatlantique en solo, Nat devise un plan secret pour lui permettre, avec ses deux copains mouches, de monter clandestinement dans la navette spatiale. La plus grande difficulté sera d'empêcher sa mère, Madame McFly, de découvrir le plan! Lorsqu'un officier de la NASA aperçoit les passagers clandestins ailés entrer dans la navette, il appelle les astronautes et leur dit de mettre les mouches dans des éprouvettes pour leurs activités de recherches ultérieures. Mais à la suite d'une panne électrique qui pose des problèmes au moment du départ, les trois mouches intrépides s'échappent de leurs éprouvettes à temps pour réparer l'installation électrique. Apres un atterrissage lunaire avec quelques difficultés, Nat accompagne Neil Armstrong dans sa promenade légendaire sur la lune. Bien que la mission doive faire face à quelques épreuves, elle est une vraie réussite. Au moins jusqu'à ce que Nadia, l'ancienne petite amie du grand-père, arrive de la Russie pour avertir que son gouvernement, fâché parce qu'il n'a pas été le premier pays a atteindre la lune, a décidé d'envoyer une mouche espionne, Yegor, à Cape Canaveral dans une mission de sabotage. Avec Apollo en descente rapide vers la planète Terre, la famille de Nat devra sauver la mission et le brave trio de mouches du désastre.