Nach der Rückkehr vom erbitterten Kampf auf der Schatzinsel beleben Senku und das Königreich der Wissenschaft Tsukasa Shishio erfolgreich aus seinem Kälteschlaf, indem sie das von ihnen erworbene Versteinerungsgerät nutzen, und gewinnen so einen mächtigen neuen Verbündeten. Ihr Triumph führt zu einer atemberaubenden Entdeckung: Die Quelle des mysteriösen Signals, bekannt als Whyman, der Drahtzieher hinter der Massenversteinerung der Menschheit, befindet sich auf dem Mond. Um sich diesem unbekannten Gegner zu stellen, startet Senku sein bisher kühnstes Projekt: den Bau eines funktionsfähigen Raumschiffs von Grund auf in der Steinzeitwelt.

Das Königreich der Wissenschaft sticht sofort mit der Perseus in See und begibt sich auf eine weltweite Reise, um die umfangreichen Ressourcen für das Raumschiff zu sammeln. Ihr erstes Ziel ist der amerikanische Kontinent, wo sie eine große Menge Mais suchen, das ideale Rohmaterial für die Massenproduktion von Wiederbelebungsflüssigkeit. Als sie jedoch die Küste Kaliforniens erreichen, finden sie keine leere Wildnis vor, sondern eine blühende und hochmoderne wissenschaftliche Zivilisation. Dieses neue Königreich wird von Dr. Xeno Houston Wingfield angeführt, einem brillanten ehemaligen NASA-Wissenschaftler und einem von Senkus Kindheitsmentoren. Im Gegensatz zu Senkus kooperativer Philosophie, Wissenschaft zur Befreiung aller Menschen einzusetzen, glaubt Dr. Xeno daran, eine neue Weltordnung durch Gewalt und überlegene Technologie zu errichten, unterstützt von seiner Elite-Militärhand, dem Scharfschützen Stanley Snyder. Es folgt ein rasanter Krieg der Ideologien und Taktiken, in dem Wissenschaft gegen Wissenschaft steht, während die beiden Genies um die Zukunft der Menschheit kämpfen.

Nach der erfolgreichen Gefangennahme von Dr. Xeno und der Flucht vor Stanleys unerbittlicher Verfolgung setzt die Crew Kurs auf Südamerika, den Ausgangspunkt des ursprünglichen Versteinerungsstrahls. In den Tiefen des Amazonas-Regenwaldes entdecken sie die Geheimnisse der Medusa-Geräte, des mysteriösen Mechanismus hinter der weltweiten Katastrophe. Ihre Untersuchung löst ein zweites globales Versteinerungsereignis aus, das die Menschheit erneut in Stein verwandelt. Diese Katastrophe lässt Suika, das Mädchen mit dem Wassermelonenhelm, als einzige Person zurück, die über Jahre hinweg wiederbelebt wird. Mit unglaublicher Ausdauer überlebt sie allein, studiert Senkus alte Forschungen und rekonstruiert mühsam die Wiederbelebungsflüssigkeit durch Versuch und Irrtum. Ihr Erfolg, Senku nach sieben einsamen Jahren zurückzuholen, ist einer der emotional bewegendsten Momente der Serie. Mit wiedervereinten Kräften und der nun kooperierenden Dr. Xeno treibt Senku das ultimative Wagnis voran: den Bau einer Mondrakete, um Whyman endlich auf der Mondoberfläche gegenüberzutreten und alles zu riskieren, um die Welt wiederherzustellen und die Zukunft der Menschheit zu sichern.