Хронологически повесть является предпоследней из «Жилинского цикла» (начинающегося со «Страны багровых туч» и заканчивающегося романом «Хищные вещи века»), и последней, где читатель встречает большинство сквозных героев цикла: Быкова, Юрковского, Дауге, Крутикова и Жилина, а также появившийся в «Пути на Амальтею» фотонный грузовой космический корабль «Тахмасиб». Алексей Быков, нашедший своё призвание в космонавтике, остаётся капитаном «Тахмасиба». Владимир Юрковский — известный и заслуженно уважаемый планетолог, — занялся административной работой, теперь он в ранге генерального инспектора Международного управления космических сообщений (МУКС) с самыми широкими полномочиями. Григорий Дауге упоминается только в самом начале книги — годы небезопасных экспедиций на различных планетах подорвали его здоровье, и медики навсегда запретили ему летать в космос. Штурман Михаил Крутиков достиг предельного для космонавта возраста и отправляется в своё последнее космическое путешествие; по возвращении его ждёт отставка. Бортинженер Иван Жилин — отличный специалист в самом расцвете сил, — переживает внутренний конфликт: он неожиданно обнаружил, что романтика космических полётов ему надоела, и гораздо больше, чем космические бездны, его привлекает работа с обыкновенными живыми детьми.
Повесть составлена из нескольких новелл, нанизанных на стержневой сюжет — путешествие юного вакуум-сварщика Юры Бородина на «Тахмасибе» от Земли до Сатурна в обществе экипажа корабля и инспектора Юрковского. Юра — выпускник ПТУ, вакуум-сварщик, попавший в группу, распределённую на строительство жилых и промышленных объектов в системе Сатурна. Но из-за болезни матери Юра отстал от своей группы и не успел к отлёту. Рейсовые корабли в систему Сатурна не летают. На космодроме Юра пытается устроиться на попутный корабль и знакомится с Жилиным, по ходатайству которого попадает на «Тахмасиб», где его на время перелёта оформляют стажёром. В этом полёте генеральный инспектор Юрковский должен произвести на «Тахмасибе» инспекцию нескольких объектов Солнечной системы, по разным причинам вызывающих повышенное внимание МУКСа. Юра становится свидетелем, а иногда и участником событий.
В новеллах действие переносится на объекты, инспектируемые Юрковским. Сначала герои посещают марсианский город, где проводится массовая операция по уничтожению нападающих на людей летающих «марсианских пиявок», затем — физическую обсерваторию Эйномия, где группа учёных в буквально нечеловеческих условиях занимается экспериментами, способными пролить свет на неизвестные ещё физические законы. Без участи Юры проходит инспекция Бамберги — астероида, где организованное какой-то западной компанией предприятие добывает драгоценные камни, не считаясь с опасностью добычи для здоровья шахтёров. Предпоследний пункт на пути Юры к Сатурну — обсерватория на Дионе, директор которой, выдающийся учёный, вместо руководства доверенным ему коллективом, с помощью нечистоплотного подручного перессорил исследователей между собой и использовал молодых учёных как рабочую силу для разработки собственных тем. Активное вмешательство Юры в события на станции приводит к разрешению конфликтной ситуации, Юрковский отстраняет начальника станции от работы.
Финал повести трагичен. Конечная точка маршрута Юры — обсерватория «Кольцо-1», откуда «Тахмасиб» должен отправиться дальше по своим делам, а Юра — попутным транспортом перебраться на станцию «Кольцо-2», где работают его однокурсники. Юрковский, давно вынашивавший идею об искусственном происхождении колец больших планет, добивается возможности провести разведку в кольце Сатурна на небольшом корабле под управлением Михаила Крутикова. Во время разведывательного полёта им удаётся невозможное — они натыкаются на каменную глыбу, на которой находятся несомненные следы разумной деятельности. При попытке исследовать свою находку Юрковский и Крутиков гибнут.