John Strangways, el Jefe de Estación del MI6 en Jamaica, es asesinado, junto con su secretaria, por un trío de asesinos antes de que su casa sea saqueada. Cuando las noticias de la muerte de Strangways llegan a M, el jefe del MI6, asigna al oficial de inteligencia James Bond para investigar el asunto y determinar si está relacionado con la cooperación de Strangways con la CIA en un caso que involucra la interrupción de lanzamientos de cohetes desde Cabo Cañaveral por interferencia de radio. Cuando Bond llega a Jamaica, es abordado por un hombre que dice ser un chófer enviado para recogerlo, pero en realidad es un agente enemigo enviado para matarlo. Bond se enfrenta al agente, pero antes de que pueda interrogarlo, el agente se suicida mordiendo un cigarrillo impregnado de cianuro. Después de visitar la casa de Strangways, Bond confronta a un barquero con el que Strangways estaba familiarizado.

Investigación y conspiraciones

El barquero, llamado Quarrel, revela que está ayudando a la CIA e introduce a Bond a su agente Felix Leiter, quien también está investigando la muerte de Strangways. Bond se entera por Felix que la CIA rastreó la señal de interferencia de radio hasta Jamaica (que fue una colonia británica hasta 1962), y que Strangways estaba ayudando a localizar su origen exacto. Quarrel revela que antes de que Strangways muriera, el par recogió muestras minerales de una isla llamada Crab Key, donde está prohibido ir. Al encontrar un recibo de un geólogo local, el Profesor R. J. Dent, Bond hace preguntas sobre las muestras y Crab Key, pero sospecha de sus respuestas cuando afirma que las muestras resultaron normales.

Encuentros peligrosos

Después de la reunión, Dent viaja a Crab Key para encontrarse con su recluso dueño, para quien trabaja, para informarle de la visita de Bond. Siguiendo estrictas instrucciones, Dent intenta matar a Bond con una tarántula. Sin embargo, Bond mata a la araña y tiende una trampa para Dent. Cuando el geólogo llega, Bond lo retiene a punta de pistola, revelando que creía que a Dent se le pidió que revisara las muestras de Strangways para ver si eran radiactivas, antes de matarlo.

Confrontación final

Después de revisar el barco de Quarrel con un contador Geiger, Bond determina que Strangways debió haber sospechado que la interferencia de radio provenía de Crab Key, por lo que persuade a Quarrel para que lo lleve allí. Al día siguiente, después de llegar, Bond conoce a Honey Ryder, una buceadora de conchas. Cuando llegan guardias armados en un barco, Bond y Quarrel toman a Ryder con ellos y escapan al pantano. Al caer la noche, el grupo se encuentra con un tanque de llamas disfrazado de dragón para disuadir a los lugareños, que mata a Quarrel. Bond y Ryder son capturados y llevados a una base oculta, donde rápidamente son puestos en descontaminación debido a que el pantano está contaminado con radioactividad. Después de ser llevados a habitaciones privadas preparadas para ellos, quedan inconscientes con café drogado.

Al despertar, la pareja es escoltada para cenar con el dueño de la base, el Dr. Julius No: un científico criminal chino-alemán que tiene manos prostéticas de metal debido a la exposición a la radiación. Bond se entera de que No fue un ex miembro de una organización criminal china tong, hasta que robó $10 millones en oro, y ahora trabaja para la organización secreta SPECTRE (Ejecutivo Especial para Contrainteligencia, Terrorismo, Venganza y Extorsión). La interferencia de radio realizada por No está siendo planificada para interrumpir el lanzamiento del Proyecto Mercury en Cabo Cañaveral usando un rayo de radio, que él afirma será una demostración del poder de SPECTRE. Cuando Bond se niega a unirse a SPECTRE, No hace que Ryder sea llevada y Bond golpeado y encarcelado. Sin embargo, Bond logra escapar de su celda a través de un conducto de aire y se disfraza de trabajador, antes de infiltrarse en el centro de control de la base.

Bond descubre que el rayo de radio que se prepara para interrumpir el lanzamiento está alimentado por un reactor nuclear de piscina, y lo sobrecarga cuando comienza el lanzamiento. El Dr. No intenta detenerlo, pero cae en la piscina del reactor y muere hervido. Mientras el personal de la base evacua, Bond libera a Ryder antes de que los dos escapen de la isla en barco, momentos antes de que la base sea destruida. Felix encuentra a la pareja a la deriva en el mar después de que su barco se queda sin combustible, y los remolca a salvo en un barco de la Marina Real. Sin embargo, mientras Ryder lo besa apasionadamente, Bond suelta la cuerda de remolque para abrazarla.