Евгений Евтушенко, Лариса Кадочникова, Альберт Филозов, Елена Финогеева, Кирилл Арбузов, В. Александров, Георгий Бурков, Ион Унгуряну, Владимир Седов, Владимир Эренберг
Школьный учитель Константин Эдуардович приносит на урок прибор. Опыт заканчивается взрывом. В аптеке, куда Циолковский приходит за йодом и серной кислотой, он знакомится с провизором Сергеем Ивановичем Паниным (Альберт Филозов). Разговор о возможности «расшатать атом» сближает молодых людей. Панин на долгие годы становится одним из самых близких Циолковскому людей.
Проекты построения аэростата Константин Эдуардович периодически посылает в Русское физико-техническое общество Санкт-Петербурга. Ответы приходят стандартные: практического значения идея не имеет, в субсидировании отказать. Веру в то, что за управляемыми аэростатами — будущее, в Циолковском поддерживает физик Столетов, однако оказать непосредственную помощь учёному-самоучке он не может.
Годы идут, количество отказов достигает нескольких десятков, «научная лаборатория» Константина Эдуардовича по-прежнему размещается в сарае.
О своей жене Варваре Евграфовне (Лариса Кадочникова) Циолковский отзывается как о «целебном эликсире». В семье один за другим рождаются дети. Надежда отца — сын Игнатий, которого учёный считает самым талантливым. Однажды юноша приносит газету со статьёй, рассказывающей, что в Берлине уже построили дирижабль. Циолковский, пребывая в отчаянии от собственного бессилия, громит свою мастерскую. Спустя некоторое время Игнатий уезжает учиться в Петербург.
Начинается XX век.
Как вспоминал Евгений Евтушенко, во время работы над фильмом он стремился оживить образ Циолковского, сделать его более земным. По предложению поэта были сняты сцены, где учёный играет в карты и навещает женщину лёгкого поведения. Однако Кулиш отказался от этих эпизодов, заметив, что в такой трактовке образа Циолковского есть «что-то чапаевское».
К работе над картиной был привлечён артист цирка Амаяк Акопян, которому режиссёр предложил поставить несколько трюков. Один из них был связан с созданием примитивного электромагнитного поля, другой — с полётом чёрта на тряпичном шаре. Кроме того, иллюзионист сыграл в фильме роль француза Жоржа, ездившего на «Фиате» 1900 года выпуска. Раритетный клубный автомобиль был доставлен для съёмок (они проходили в Калуге) из Прибалтики.