VorspannDer Film beginnt mit dem Transport eines Moonraker Space Shuttles auf dem Rücken einer Boeing 747. Der Raumgleiter wird entführt, wobei das Transportflugzeug abstürzt. Bonds Chef M erhält telefonisch die Information über den Absturz.
Bond ist inzwischen in einem kleinen Flugzeug (Handley Page HP.137 Jetstream) auf der Heimreise von einem Auftrag. Er vergnügt sich mit einer Hostess, die plötzlich eine Pistole zieht und auf ihn zielt. Der Pilot macht das Flugzeug flugunfähig und springt nach einem Kampf mit Bond mit einem Fallschirm ab. Hinter Bond taucht plötzlich Der Beißer auf und wirft ihn aus dem Flugzeug. Bond jagt dem Piloten nach, um sich dessen Fallschirm zu holen, was ihm nach einer Rangelei in der Luft auch gelingt. Der hünenhafte Beißer stürzt Bond nach. Als er ihn erreicht hat, zieht dieser seinen Fallschirm und entkommt, während der Beißer seine Reißleine abreißt und in freiem Fall auf ein Zirkuszelt fällt, das daraufhin einstürzt; der schier unverletzliche Beißer überlebt den Absturz jedoch unbeschadet.
Darauf folgt die Titelsequenz mit dem Lied Moonraker, gesungen von Shirley Bassey.
London – MI6Zurück in London erfährt Bond vom vermissten Moonraker und erhält den Auftrag, den gesamten Weg des Raumgleiters von seiner Produktion bei der Firma Drax Industries in Kalifornien bis zum Absturz zu verfolgen. Von Q erhält er ein Spezial-Armband mit versteckter Abschuss-Vorrichtung für Minipfeile - bestückt mit je fünf Gift- und Explosiv-Pfeilen.
Bei Drax in KalifornienDas Schloss Vaux-le-VicomteIn Kalifornien wird er von Drax' hübscher Helikopterpilotin Corinne Dufour abgeholt (in einem Bell Jet-Ranger) und zu dessen Residenz, dem Schloss Vaux-le-Vicomte, gebracht. Dort sieht er zuerst einen Astronautenlehrgang, bevor er den Inhaber der Firma Hugo Drax selbst trifft.
Bond bekommt die Erlaubnis, die Fabrik besichtigen. Er wird von Dr. Holly Goodhead geführt, die ihm jedoch sehr reserviert begegnet. Sie schlägt ihm vor, eine Runde im Schwerkraftsimulator zu drehen, um die beim Start des Moonraker auftretende sanfte und für gesunde Nichtastronauten auch problemlos zu ertragende Beschleunigung von 3 g zu spüren. Jedoch endet die Fahrt für Bond fast tödlich, weil Drax' Killer Chang die Beschleunigung auf mehr als 15 g erhöht, bevor Bond die Zentrifuge durch Abfeuerns eines Explosivpfeils stoppen kann.
Nachts sucht er Corinne Dufour auf, die ihm nach einem Schäferstündchen den Safe in Drax' Büro zeigt. Sie werden dabei aber von Chang beobachtet. Bond findet einige Baupläne, die auf Venedig hindeuten. Am nächsten Tag wird er eingeladen, vor seiner Abreise an Drax' Jagd teilzunehmen, wobei er einen auf ihn angesetzten Jäger erschießt. Drax hat vom Verrat Corinnes erfahren und lässt diese durch seine Hunde zu Tode hetzen.
Der Markusplatz (Blick von San Marco nach Süden)
In VenedigIn Venedig besucht Bond eine Glasbläserei, die für Drax Glaszylinder herstellt. Nach der Besichtigung trifft er zufällig Holly Goodhead wieder, die sich zu einem Vortrag (bei der ESA) ebenfalls in Venedig aufhält. Kurz nachdem er seine Gondel besteigt, wird er verfolgt. Die wilde Jagd endet mit der Verwandlung der Gondel in ein Luftkissenfahrzeug - wodurch Bond die Flucht über den Markusplatz gelingt.
Nachts besucht Bond erneut die Glasbläserei und findet dort ein geheimes Laboratorium vor, aus dem er ein Glasröhrchen mit einer Flüssigkeit entwendet. Durch eine Unachtsamkeit kommen zwei Laboranten um, Bond entkommt dem Giftgas knapp. Als er das Labor verlassen will, wird er von Chang angegriffen. Beim Kampf stirbt Chang, weil er durch das Dekofenster-Glas der Uhr des Torre dell’Orologio fliegt und aus großer Höhe auf ein Klavier eines Straßencafés stürzt. Während des Kampfes entdeckt Bond, dass die hier hergestellten Erzeugnisse nach Rio de Janeiro transportiert werden sollen. Bond besucht Holly und stellt fest, dass diese in Wirklichkeit eine CIA-Agentin ist. Beide bewegen sich aufeinander zu, doch wirkliches Vertrauen entsteht noch nicht. Bond entdeckt nach der gemeinsamen Nacht, dass Holly abreisen will.
Am nächsten Tag will Bond dem Verteidigungsminister und seinem Chef M das Labor zeigen. Dies gerät jedoch zur Blamage, da sich das Labor über Nacht in ein Büro gewandelt hat und alle Spuren des Vorfalls vom Vortag beseitigt worden sind. Als Bond und seine Begleiter mit Gasmasken eintreten, empfängt sie ein sich überrascht gebender Drax. Bond wird offiziell vom Fall abgezogen - inoffiziell reist er jedoch nach Rio. Zuvor gibt er noch die Analyse der Flüssigkeit aus dem Labor bei Q in Auftrag.
In Rio de JaneiroDie Seilbahn auf den ZuckerhutMit der Concorde trifft 007 in Rio ein, wo er im Hotel die Agentin Manuela kennenlernt. Sie hilft ihm, abends in das Lagerhaus von Drax einzudringen. Bond entdeckt, dass das Lagerhaus ausgeräumt wurde. Beim Verlassen kann er den Beißer gerade noch davon abhalten, Manuela umzubringen, und entkommt mit ihr im brasilianischen Karneval.
Am nächsten Tag trifft er Holly auf der Aussichtsplattform des Zuckerhuts. Sie entdecken, dass vom Flugplatz von Rio zahlreiche Frachtmaschinen der Drax Corporation abheben. Bei der Rückfahrt mit der Seilbahn auf den Zuckerhut kommt es zum Kampf mit dem Beißer. Bond und Holly entkommen, an einer über das Stahlseil geschlungenen Kette hängend, in rasender Talfahrt, verfolgt vom Beißer, in der Gondel. Durch einen Sprung kurz vor der Talstation retten sie sich, der Beißer stürzt mitsamt der Gondel ungebremst in die Talstation. Als sich der Beißer aus den Trümmern der Talstation befreit, trifft er auf Dolly. Beide verlieben sich auf den ersten Blick ineinander. Unmittelbar nach ihrem Sturz werden Bond und Holly von Drax' Schergen überwältigt und gefangen genommen. Bond entkommt nach einem Kampf im Krankenwagen und muss Holly in den Händen der Gangster lassen.
Im brasilianischen UrwaldBond erreicht das brasilianische Ausbildungslager des MI6, wo er von M die Analyseergebnisse der Laborprobe erfährt. Es handelt sich um eine Substanz, die nur Menschen tötet, auf Tiere und Pflanzen jedoch keine Wirkung hat. Er erhält den Auftrag, sich im unteren Amazonasgebiet umzusehen, woher eine Pflanze stammt, die Hauptbestandteil der Probe ist.
Mit einem Schnellboot durchkämmt er den Flusslauf des Amazonas, wird jedoch schon nach kurzer Zeit von feindlichen Schnellbooten angegriffen, die mit Granatwerfern ausgerüstet sind. Nach einer wilden Verfolgungsjagd, an der auch der Beißer teilnimmt, entkommt Bond an einem Hängegleiter schwebend, während sein leeres Boot und das des Beißers einen Wasserfall hinunterstürzen. Beißers Boot ist unlenkbar geworden, weil er das Lenkrad durch eine zu kräftige Lenkbewegung abgerissen hat.
Finale an den Wasserfällen im Urwald (Wasserfälle von Iguaçu)
Nach der Landung entdeckt Bond eine Höhle im Felsen und davor eine schöne Frau. Ihr folgt er in die Höhle. Dort wird er vom Anblick der vielen schönen Frauen abgelenkt, die ihn plötzlich umgeben. So entgeht ihm die Falltür, auf der er steht. Er stürzt in ein Wasserbecken und muss gegen einen Python kämpfen, den er jedoch mit Hollys Spezialkugelschreiber töten kann. Dieser enthält statt der Schreibmine eine mit Gift gefüllte Nadel. Drax, der seine ganze Ausrüstung und sein Personal in dieses Höhlensystem verlegt hat, nimmt ihn in Empfang. Nachdem er ihm seine Anlagen gezeigt hat, sperrt er ihn zu Holly Goodhead in einen Raum, der sich kurze Zeit später als Startrampe einer seiner Raumfähren entpuppt. In letzter Sekunde gelingt beiden die Flucht, während sich Drax mit seinen Leuten in mehreren Raumfähren absetzt.
Im WeltraumBond und Holly schaffen es, als Piloten verkleidet eine der noch nicht gestarteten Raumfähren zu besteigen. Zusammen mit den anderen Raumfähren steuern sie auf eine geheime Raumstation zu, die für die auf der Erde stationierten Radargeräte unsichtbar ist. Dort erfahren sie von Drax' Plan, mit dem in Venedig hergestellten Giftgas die ganze Menschheit auszurotten und mit dem Personal der Raumstation, das ausschließlich aus geistig und körperlich herausragenden Menschen besteht, eine neue Menschheit mit ihm an der Spitze zu gründen. Sie schaffen es, die Radar-Tarnvorrichtung auszuschalten, sodass die Raumstation von nun an von der Erde aus sichtbar ist. Die Amerikaner starten daraufhin in Absprache mit den Sowjets eine Raumfähre.
Bond und Holly werden entdeckt und vom Beißer zu Drax gebracht. Bond fragt diesen, ob er die Kernsätze von Drax' Rede richtig verstanden habe und ob wirklich „alle ohne Ausnahme“ vernichtet werden sollen, die nicht seinen körperlichen Idealen entsprechen. Drax bejaht das, worauf Bond kommentiert: „Sehr interessant“ und dabei zum Beißer hinüberschaut, welcher, ebenso wie seine Freundin, diesen Idealen offensichtlich nicht entspricht. Daraufhin weigert sich der Beißer aus Liebe zu Dolly, weitere Befehle von Drax auszuführen. Stattdessen verbündet er sich nun mit Bond.
Die amerikanische Raumfähre befindet sich im Endanflug, um die Raumstation zu erobern. Bond schafft es, gerade als Drax mit seinem Laser die sich nähernde Raumfähre zerstören will, durch den Druck auf einen Notausschalter die Rotation der Raumstation und damit die auf ihr herrschende künstliche Schwerkraft aufzuheben. Im von der einsetzenden Schwerelosigkeit ausgelösten Durcheinander entbrennt ein mörderischer Kampf zwischen Drax' Leuten und den anfliegenden Raumsoldaten. Denen gelingt es, in die Raumstation einzudringen. Auch die Reaktivierung der Rotation der Raumstation durch einen Mitarbeiter von Drax kann nicht verhindern, dass sich das eingedrungene amerikanische Kommando den Verteidigern unter Drax' Führung überlegen zeigt. Die bei den schweren Kämpfen stark beschädigte Raumstation beginnt an immer mehr Stellen zu explodieren.
Bond wird zwar von Drax gestellt, kann ihn jedoch mit einem Giftpfeil aus seiner Armbanduhr erschießen und in den Weltraum befördern. Dabei spricht er – in Anlehnung an Neil Armstrong – zu Drax: „Ein kleiner Schritt für Sie, aber ein großer für die Menschheit“. Die eingedrungene Kampfeinheit der Amerikaner zieht sich daraufhin in ihren Raumgleiter zurück und verlässt die Station. Bond und Holly gelingt knapp die Flucht in Drax' Raumfähre, die am Bug mit einem Laser ausgestattet ist. Die Fähre hängt jedoch fest, weil die Andock-Automatik klemmt. Der Beißer löst daraufhin mit all seiner Kraft die verklemmte Andockklammer, bevor die Raumstation explodiert. Nun nehmen Bond und Holly in Drax' Moonraker 5 die Verfolgung von drei mit Giftgas gefüllten Globen (Kugeln) auf, welche Drax kurz vor seinem Tod noch hatte abfeuern lassen und die zur Erde unterwegs sind. Es gelingt ihnen mit einem gefährlichen Manöver, bei dem die Flügel der Raumfähre kurz vor dem Verglühen sind, gerade noch, alle Globen zu vernichten, bevor sie die Erde verseuchen können.
Währenddessen fliegen der Beißer und seine Freundin in der von der Station abgesprengten Andockschleuse davon. Beißer zieht mit seinen Zähnen den Korken aus einer Flasche Sekt und sagt, als sie anstoßen, seinen einzigen Satz in einem Bondfilm: „Auf uns. Alles Gute!“.
Der Film endet mit einer typischen Bond-Sequenz. Eine Stimme berichtet, dass der Kapitän des amerikanischen Shuttles einen sehr großen Mann und eine kleine blonde Frau gerettet habe. Daraufhin gratulieren sich Bonds Chef M, der britische Premierminister sowie der Chef des CIA gegenseitig wegen der gelungenen Zusammenarbeit. Sie werden per Videoverbindung in den Frachtraum der Raumfähre geschaltet. Dort „vertiefen“ Bond und Holly Goodhead gerade die englisch-amerikanischen Beziehungen. Bond merkt, dass er auf Sendung ist, und schaltet die Kamera aus.
Roger Moore: James Bond
Lois Chiles: Dr. Holly Goodhead
Michael Lonsdale: Sir Hugo Drax
Richard Kiel: Der Beißer
Corinne Clery: Corinne Dufour
Bernard Lee: M
Geoffrey Keen: Sir Frederick Gray
Desmond Llewelyn: Q
Lois Maxwell: Miss Moneypenny
Toshiro Suga: Chang
Emily Bolton: Manuela
Blanche Ravalec: Dolly
Irka Bochenko: Rezeptionistin Venini Glass
Mike Marshall: Colonel Colonel Scott
Leila Shenna: Privatjet-Hostess
Jean-Pierre Castaldi: Privatjet-Pilot
Walter Gotell: General Anatol Gogol
Claude Carliez: Gondoliere
