L'histoire du film se déroule en 1901. Joanna (Eleanor Parker), une jeune femme élégante et cultivée de La Nouvelle-Orléans, arrive sur une immense plantation située sur les bords du rio Negro au Brésil. Elle doit y rencontrer son nouveau mari, Christopher Leiningen (Charlton Heston), propriétaire de la plantation qu'elle a épousé par procuration.
L'équipage d'un bateau de pêche japonais, le Eikō-Maru, est frappé par un éclair de lumière qui semble jaillir de l'océan, près de l' île Odo. Un message de détresse est envoyé juste avant que le bateau ne sombre. Un bateau de sauvetage, le Bingo-Maru, est envoyé pour enquêter sur l'accident, mais rencontre le même sort. Un deuxième bateau de recherche est envoyé et trouve quelques survivants dans la zone, et comme les deux autres bateaux, fait naufrage.
1954, Nouveau-Mexique. Le shérif Peterson et son adjoint Ed Blackburn sont témoins de morts étranges et inexpliquées dans le désert. Ils ne tardent pas à découvrir qu'une colonie de fourmis géantes, issues d'une mutation génétique consécutive à des essais nucléaires de l'armée américaine neuf ans plus tôt, en 1945, menace d'envahir le pays…
Dans les années 1950, un test nucléaire, Operation Experiment, est conduit au-delà du Cercle Arctique. Mais l'explosion réveille une créature gigantesque, endormie sous la glace depuis 100 million d'années, qui commence à se diriger vers la côte Est des États-Unis, coulant de nombreux navires et un phare sur son passage.
Le Docteur Bernard Adrian a entrepris des recherches médicales afin de guérir une jeune femme de la polio. Il sait qu'il est près de toucher au but, mais pour que son vaccin soit efficace, il lui faut se procurer du liquide rachidien d'un être humain. Pour cela, il n'hésitera pas à se transformer en assassin... Mais dans le même temps, un singe monstrueux parvient à s'échapper d'un zoo. La terreur ne tarde pas à se répandre dans la ville...