Иннокентий Смоктуновский — И.О.О. (Исполняющий Особые Обязанности)
Михаил Ершов — Витя Середа
Александр Григорьев — Паша Козелков
Владимир Савин — Миша Копаныгин
Владимир Басов — Федя Лобанов
Ольга Битюкова — Варя Кутейщикова (озвучивает Ольга Громова)
Надежда Овчарова — Юля Сорокина
Ирина Попова — Катя Панфёрова
Лев Дуров — Академик Филатов
Василий Меркурьев — Академик Благовидов
Пётр Меркурьев — Академик Курочкин
Юрий Медведев — Академик Огонь-Дугановский
Артём Карапетян — Академик
Анатолий Адоскин — Отец Паши Козелкова
Наталья Фатеева — Мать Паши Козелкова
Наталья Стриженова — Лёля Козелкова
Анна Викторова — Милка Окорокова
Раиса Рязанова — Взрослая Мила Окорокова
Михаил Янушкевич — Французский журналист
Валентина Куценко — Журналистка

Виктор Середа, школьный авторитет во всем, что касается точных наук, рассказывает о своем проекте полета к созвездию Кассиопеи на космическом корабле «Заря».
Собственно, ничего бы не произошло, если бы вдруг не появилась некая загадочная личность, представившая себя как И. О. О., что означает исполняющий особые обязанности.
Как выяснилось, из детей не старше 14 лет набирается команда (шесть человек) для… полёта в космосе. Почему дети должны быть младше 14 лет? Да потому, что полёт туда и обратно для детей займёт больше пятидесяти лет, а на Земле и то пройдут столетия. И всё бы шло по плану, если бы на корабле не оказался седьмой участник — тайком пробравшийся туда хулиган Федя Лобанов, создатель суперклея…

Эпизод, в котором ИОО бросает камушек по воде — отсылка к аналогичному эпизоду из фильма «Ночной гость» (1958), снятому по одноименному рассказу Ю.Нагибина. В обоих фильмах герой Смоктуновского появляется ночью, неожиданно и незванно. В фильме «Маленькие трагедии» Михаила Швейцера (в котором тоже снимался Смоктуновский) камушек по воде бросает Мефистофель.
В аннотации на фильм в еженедельнике «Спутник кинозрителя» в 1974 году ИОО был назван «волшебником».
В снятом позже фильме Ричарда Викторова «Через тернии к звездам» на табло космопорта можно увидеть в числе прочих надпись «Кассиопея» и имя звездолета — «Заря».
Первоначально существовал единый сценарий, без деления на два фильма, но когда объём отснятого материала превысил стандартный хронометраж советского фильма, из Госкино СССР было получено разрешение снять два: «Москва-Кассиопея» и «Отроки во Вселенной»

Премия за лучший фильм для детей на Всесоюзном Кинофестивале — Баку, 1974.
Специальная премия на Международном Кинофестивале научно-фантастических фильмов — Триест, 1975.
Серебряный приз на Международном Кинофестивале (в разделе фильмов для детей) — Москва, 1975.
Премия «Платеро» на Международном Кинофестивале для детей и юношества — Хихон, 1975.
Диплом Международного технического конкурса фильмов в рамках конгресса УНИАТЕК — Москва, 1976.
Государственная премия РСФСР имени братьев Васильевых — 1977.