Une fusée fait un atterrissage plutôt chaotique en rase campagne. Les militaires arrivent bientôt sur place, suivis par le fameux physicien Bernard Quatermass et ses assistants, et une femme qui se trouve être l'épouse de l'un des passagers de l'engin spatial...

Le professeur Bernard Quatermass dirige un programme de recherches sur la vie extraterrestre. Une chute de petites météorites étant détectée au radar par son équipe, non loin de là, il se rend sur le point d'impact avec l'un de ses collaborateurs, Marsh. Celui-ci est grièvement blessé au visage par l'une des météorites retrouvées. De plus, le professeur découvre sur place une usine comprenant de mystérieuses coupoles. Quatermass doit quitter les lieux sous la contrainte d'agents de sécurité armés. Avec l'appui d'un politicien, Vincent Broadhead, et de son vieil ami policier, l'inspecteur Lomax, le professeur mène l'enquête sur les activités de l'usine..

Des explosions atomiques expérimentales font sortir la planète de son orbite, elle se rapproche désormais inévitablement du Soleil. Les autorités, dépassées, gardent le silence mais un journaliste, ami d’une standardiste bien placée, découvre toute la vérité. Pendant ce temps les nations unies tentent l’opération de la dernière chance.

Lors de tests nucléaires, effectués par l'armée anglaise dans une base écossaise reculée, surgit une entité radioactive et souterraine d'une nature inconnue. Après avoir gravement brûlé deux soldats, la "chose" disparaît en laissant une faille sans fond dans la terre....