北極圏内の某地区で米軍の水爆実験が行われ、爆発後調査に行った若いトム・ネスピット教授（ポール・クリスチャン）は大雪崩に遭遇して危いところを救助隊に助けられた。ニューヨークの病院に収容されたトムは、奇妙な大怪獣を目撃したというが誰も信用しなかった。しかし、彼は原因不明の沈没をしたある漁船の生存者が怪物を見たという報道を聞き、古生物学者エルスン教授を訪れた。教授ははじめ相手にしなかったが女助手リー（ポーラ・レイモンド）がこの問題に興味を抱き、トムや漁師の目撃した怪物こそ約1億年前に棲息していた恐竜であることを確認した。エルスン教授も調査に乗り出した。その頃メイン州沿岸で燈台が倒壊するという怪事件が起こった。これを怪獣の仕業と信じたエルスン教授は自ら潜水球に入って海底に潜り、怪獣を発見した旨電話で報告した後、消息を絶った。数日後、怪獣は突如ニューヨークの波止場に上陸し、ビルや施設を破壊した。人々は恐怖のどん底に落ち、全市は混乱のるつぼと化した。軍当局が怪獣にバスーカ砲を浴びせかけたところ、負傷した怪獣の流した血から発する強烈な放射能が人々をバタバタと倒し、この攻撃は失敗した。残された唯一の方法は一発しかないアイソトープ弾を使うことだった。射撃の名手がこのために選ばれ、コニー・アイランドに入り込んだ怪獣は、アイソトープ弾によってついに最後をとげた。