Роман начинается с путешествия группы людей на воздушном шаре к Северному полюсу. Когда шар приближается к нему, люди в гондоле замечают внизу странное здание. Воздушный шар начинает вращаться и, словно увлекаемый смерчем, подниматься вверх. Оказывается, он попал в поле «отрицательного тяготения» («абарическое поле»), созданное между зданием на полюсе и непонятным аппаратом, расположенным неподвижно над полюсом на высоте радиуса Земли (6356 км). Аппарат был построен марсианами и является их первым внешним опорным пунктом на нашей планете. Как только воздушный шар достигает «внешней станции», марсиане выключают абарическое поле, и люди оказываются их пленниками.
На станции люди узнают, как марсиане преодолели космическое пространство. Им удалось создать такой материал («стеллит», «диабарическое вещество»), который, имея определенную массу, обладает свойством приобретать невесомость, как только ему придается форма сосуда. Таким образом, марсианский летательный аппарат (а он имел вид сферы) становился невесомым, когда на нем закрывался последний люк.
Сама станция марсиан напоминала гигантское колесо с внешним диаметром 120 м и внутренним – 50 м. Кроме того, подобно Сатурну, колесо было опоясано тонкими широкими кольцами, поперечник которых достигал 300 м. Они представляли собой систему маховых колес, вращавшихся без трения вокруг внутреннего кольца и поддерживающих его плоскость в положении, перпендикулярном земной оси. Источником энергии для станции служило Солнце: она накапливалась при помощи большого количества плоских зеркал, расположенных как на самом кольце, так и на внешних маховых колесах.
Внизу, под орбитальным кольцом, располагалась наземная база, сооруженная на искусственном острове. Для сообщения между островом и орбитальным кольцом вверх и вниз по абарическому полю передвигалась специальная вагонетка. На станциях имелись «дифференциальные бароскопы», стрелки которых точно указывали положение вагонетки. С помощью соответствующего прибора дежурный марсианин регулировал ее движение, а при подходе к орбитальному кольцу она улавливалась специальной сеткой.
Орбитальное кольцо служило не только для сбора солнечной энергии и наблюдения за Землей – оно также использовалось как промежуточный пункт между нашей планетой и Марсом. Движение марсианского межпланетного корабля осуществлялось за счет «изменения диабаричности» и регулировалось так называемыми направляющими или корректирующими снарядами. Эти снаряды выстреливались из корабля, когда требовалось изменить направление или скорость движения. Обычно корабль вмещал до шестидесяти пассажиров. Попадая в атмосферу Земли, корабль мог летать только как воздушный шар, и ему были опасны бури и ветры. Поэтому для полетов в атмосфере марсиане создавали особые корабли и рисковали приземляться на своих межпланетниках исключительно у полюсов.