Сюжет
Экспедиция с Земли в составе капитана Зелёного, профессора Селезнёва и его дочери Алисы отправляется на корабле «Пегас» на поиски новых видов животных для Московского зоопарка. По совету археолога Громозеки, они ищут в этом помощи доктора Верховцева, директора музея Двух Капитанов. Но доктор ведёт себя подозрительно: не показывает им дневники капитанов, и начинает за ними следить.
На планете Блук герои делают ценные покупки, в том числе — Говоруна, птицу, принадлежавшую пропавшему без вести капитану Киму. Подозрительный толстяк Весельчак У пытается похитить птицу. Выслушав речь Говоруна, экипаж «Пегаса» берёт курс на систему Медузы. По дороге герои спасают от ржавчины планету роботов Шелезяка.
На третьей планете системы Медуза Алиса находит «зеркала» — цветы, запоминающие и отображающие всё, что перед ними происходило. С помощью зеркал герои обнаруживают, что на планете находятся Верховцев и Весельчак. При попытке перелететь в безопасное место, «Пегас» проваливается в ловушку. Селезнёв и Зелёный попадают в плен к пиратам, Алисе удаётся бежать.
На планету приземляется капитан Буран, а с ним — настоящий Верховцев. Алиса просит их о помощи. Тем временем Весельчак У шантажирует капитана Кима, запершегося в своём корабле уже несколько лет, убийством пленников. Вторжение Бурана спасает героев. Двойник Верховцева, Глот, разоблачён. Весельчак У при попытке к бегству попадает в лапы хищной птицы. Капитаны и исследователи спокойно возвращаются по домам.
Отличия от книги
Мультфильм является сокращённой экранизацией повести Кира Булычёва. Многие фрагменты сюжета и персонажи отсутствуют в сценарии, другие были переименованы или изменены.
* Действие книги перенесено из XXI века в XXII
* Отсутствует сцена первой главы, в которой Алиса и её друзья ищут замену утонувшему при ловле огромной щуки золотому самородку из школьного музея.
* Отсутствует сцена с одноклассниками Алисы — «зайцами» на борту «Пегаса».
* Внешность Громозеки сделана менее устрашающей и скорее комичной.
* В оригинале вместо четырехста капель валерьянки Громозека заказал три литра, и пил из литровой банки без особой точности.
* Отсутствует звёздный капитан Геннадий Полосков. Место капитана в мультфильме занял бортмеханик Зелёный, чей образ совпадает с книжным.
* Число великих Капитанов — два вместо трёх. Отсутствует Третий Капитан — фиксианец. Первый и Второй Капитаны получили имена Буран и Ким соответственно.
* Не экранизированы эпизоды с головастами, с Пустой Планетой с её птице-рыбо-зверями, с маленькими зелёными человечками с Шешинеру, ворующими земные ананасы космической экспедиции с помощью таблеток времени. Склисса персонажи мультфильма подбирают на Блуке, а не на его родине — Шешинеру.
* В мультфильме смазка роботов с Шелезяки была испорчена с помощью алмазной пыли. В книге к маслу были добавлены бактерии, превратившие ее в наждачный раствор.
* Глава космических пиратов знаменитый Крыс с планеты Крокрыс назван «Глот с планеты Катрук». Вместо внешности человека-насекомого он выглядит, как гибкий гуманоид, похожий на червя.
* Отсутствует эпизод с пойманной Живой Туманностью и её первооткрывательницей Эллой, женой Первого Капитана.
По мотивам повести и мультфильма Киром Булычёвым в 1997 году была написана повесть-ремейк для младшего школьного возраста «Тайна третьей планеты», в большинстве расхождений следующая мультфильму, а не книге (однако у Громозеки «восемь глаз и восемь щупалец», индикатор имеет шарообразную форму и т. д.).
