De retour de vacances, Lucy, professeur de musique dans une école, manque un garçon. Les gens disent qu'il ne reviendra pas parce qu'il a récemment perdu son père. Elle est très affectée par l'absence de son élève préféré, c'est pourquoi elle décide d'aller le voir chez lui, mais trouve la maison en ruine. Dès lors, Lucy se sent forcée de prendre l'enfant chez elle et immédiatement retrouve en lui le fils qui a été kidnappé il ya des années en Amérique, quand elle était une artiste célèbre.
Le professeur Tournesol vient de publier un livre sur la faim dans le monde et lance un appel aux savants du monde pour l'aider à la combattre. Son confrère espagnol, Anténor Zallaméa, lui expédie un paquet contenant une orange bleue, variété qui pourrait croître sur un sol désertique. Dans la nuit, l'orange est volée au château de Moulinsart. Le lendemain, Tournesol, Tintin et le Capitaine Haddock partent en Espagne retrouver Zallaméa, mais le savant a été enlevé, et peu après Tournesol se fait kidnapper à son tour. Avec l'aide d'une bande d'enfants, Tintin et Haddock libèreront les deux savants, séquestrés par un émir voulant s'approprier la découverte.