Профессор Селезнёв, от имени которого ведётся повествование, обещал Алисе, что возьмет её в свою экспедицию по поиску редких инопланетных животных, если она будет хорошо учиться и вести себя. Алиса нарушает это обещание — теряет гигантский золотой самородок и пытается провезти «зайцами» весь свой класс на Луну. Но отец прощает дочь, потому что за неё заступились друзья.
Корабль «Пегас» под управлением капитана Полоскова и бортмеханика Зелёного отправляется в полет. Громозека, друг Селезнёва, советует героям посетить музей на планете Трёх Капитанов — великих героев, избороздивших весь космос. Но директор музея доктор Верховцев относится к гостям с подозрением и не может сообщить ничего дельного. Зоопарк, тем временем, пополняется гигантскими головастиками, из которых вылупляются крошечные лягушки, и ходячими поющими кустиками. А на Пустой планете герои подбирают животных-трансформеров, меняющих облик.
Центральный пункт путешествия — планета Блук, где находится огромный зоологический рынок. Местная полиция разыскивает человека, похожего на Верховцева, и герои замечают его то тут, то там. На базаре они приобретают индикатора — существо, меняющее цвет от настроения, а карлик-мошенник дарит Алисе шапку-невидимку. Но главное — им дарят Говоруна, птицу, таинственно вымершую в последнее время. Верховцев и странный человек по имени Весельчак У пытаются купить или даже отобрать у них птицу. Но биологи отказываются, и не зря: выясняется, что птица принадлежала Второму Капитану. Второй Капитан улетел в другую галактику и пропал много лет назад, но птица знает его координаты: это система Медузы.
По пути в систему Медузы экипаж «Пегаса» посещает планету Шешинеру, где все путешествуют во времени роботов с планеты Шелезяка, которым кто-то испортил масло, и обнаруживают планету, полную иллюзий и отражений их мыслей. Наконец, сев на третьей планете Медузы, они вскоре натыкаются на следы «Синей Чайки» , корабля Второго Капитана. С цветов-зеркал, запоминающих все, что видели, герои узнают, что на планете до них были Верховцев и Весельчак У.
При попытке поменять стоянку корабля, «Пегас» проваливается в подземную ловушку. Весь экипаж попадает в плен к пиратам, но Алисе удается сбежать благодаря шапке-невидимке. Она выбирается на поверхность, где ее встречают Первый Капитан, и … настоящий Верховцев. Пираты тем временем шантажируют Второго Капитана. Тот вступает в бой, на приходит Первый капитан с друзьями. Пираты побеждены, самозванец-«Верховцев» — пират-хамелеон Крыс — разоблачён. В подземелье герои обнаруживают еще и тяжело раненого Третьего Капитана. А потом на планету садится жена Первого Капитана, которая поймала живую туманность. Весельчаку У удается сбежать, но он попадает в лапы гигантской птицы. Герои расстаются, обещая в будущем вместе снова слетать к звёздам.
С высказыванием старухи Изергиль, наверное, согласится практически каждый. Один готовится к подвигу с детства, даже не задумываясь об этом. Он просто не ищет легких путей, лазеек, а решает сам все свои проблемы, перед трудностями не пасует. Если человек с детства читает хорошие книжки про сильных, мужественных, настоящих людей, то он постепенно будет себя равнять на них. А другой будет избегать сложных ситуаций, пройдет мимо, когда бьют ребенка, оскорбляют женщину, унижают старика, то такой человек геройский поступок никогда не совершит. Ток что один пойдет на подвиг сознательно, жертвуя своей жизнью, а другой отойдет в сторону.
Дядя дает время для осознания поведения мальчиком, а не просто для того, чтобы попросить прощения.