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Cinq cosmonautes arrivent sur Mars, où ils découvrent une civilisation souterraine extrêmement évoluée mais agonisante. Les habitants de la planète rouge se montrent particulièrement hospitaliers envers les nouveaux venus. En réalité, les Martiens entendent s'emparer du vaisseau spatial de ces voyageurs de l'espace pour envahir la Terre. Tourné en cinq jours, Destination Mars reprend des costumes de Destination...Lune! et des décors de 24h chez les Martiens, tous deux sortis un an plus tôt.