1899年の大晦日のロンドン。青年発明家ジョージ（ロッド・テイラー）は、親しい友人を呼んで夕食会を開いた。その席上、彼はタイム・マシンという機械を披露した。これは、第4次元の時間の世界を飛んで、過去と未来に自由に旅することの出来る機械であった。客を帰したジョージは実験室に入って、タイム・マシンに乗りこんだ。レバーを引き、機械が停止したのは1917年の世界であった。さらに、1959年から、時代は1966年に飛ぶ。ロンドンは恐るべき原子爆弾攻撃をうけ、どろどろの溶岩にうまっていた。なお未来への旅は続く。タイム・マシンのダイヤルは紀元80万2701年を示している。珍しい樹木の生い繁る中を清流が流れ、ロンドンの面影はない。エロイという未来人種が群がって遊んでいた。彼らは周囲のできごと一切に無関心な人種だった。1人の美少女が溺れかかっても救けようとするものがない。彼女を救けたジョージは、ウィーナ（イヴェット・ミミュー）という名のこの美少女に好意をもった。彼女によってジョージは、この世界でエロイ族が地下に住むモーロック族に支配されていることを聞いた。モーロック族の地下洞窟に呼びこまれたエロイ族は、生きてかえった者がないという。やがてエロイ族の人々は洞窟に行進をはじめた。モーロック族が人喰人種で、火を恐れることを知ったジョージは、エロイ族を団結させて反抗させた。火でつつまれた洞窟から逃れたジョージは、タイム・マシンに乗ってレバーを引いた。たちまち時代は1900年1月5日にかえった。自宅では、5日前に呼んだと同じメンバーが夕食会に集まっていた。一同はジョージの話を一向に信用しようとしなかった。ジョージは客たちが帰ったあと、タイム・マシンにのって再び未来の世界に出発した。