En el Desierto de Sonora, el científico francés Claude Lacombe, su intérprete cartógrafo estadounidense David Laughlin, y otros investigadores descubren el Vuelo 19, un grupo de bombarderos torpederos Grumman TBM Avenger de la Marina de los Estados Unidos que desaparecieron en el Triángulo de las Bermudas el 5 de diciembre de 1945. Los aviones están en perfecto estado, pero sin ocupantes. Un testigo anciano cercano afirma que "el sol salió de noche y le cantó". Los investigadores también están desconcertados al encontrar el SS Cotopaxi en medio del Desierto de Gobi, intacto y completamente vacío. Cerca de Indianápolis, los controladores de tráfico aéreo observan cómo dos vuelos de aerolíneas evitan por poco una colisión en el aire con un objeto volador no identificado (OVNI).

Encuentros cercanos

En una casa rural a las afueras de Muncie, Indiana, el niño de tres años Barry Guiler se despierta al encontrar sus juguetes funcionando por sí solos. Comienza a seguir algo afuera, lo que obliga a su madre, Jillian, a correr tras él. Comienzan a producirse cortes de energía a gran escala en la zona, lo que obliga al electricista Roy Neary a investigar. Mientras se orienta, Roy experimenta un encuentro cercano con un OVNI, y cuando vuela sobre su camión, quema ligeramente el lado de su cara con sus luces. El OVNI despega con otros tres en el cielo, mientras Roy y tres coches de policía los persiguen. Las naves espaciales vuelan hacia el cielo nocturno, pero la experiencia metafísica deja a Roy hipnotizado. Se siente fascinado por los OVNIs, para consternación de su esposa, Ronnie. Se obsesiona con imágenes subliminales de una forma montañosa, haciendo modelos de ella con frecuencia. Mientras tanto, Jillian también se obsesiona, dibujando la singular imagen de la montaña. Poco después, un OVNI la aterroriza en su casa, descendiendo de las nubes. Lucha contra los violentos intentos del OVNI y seres invisibles de entrar en la casa, pero en el caos, Barry es abducido.

Investigaciones y revelaciones

Lacombe, Laughlin y un grupo de expertos de las Naciones Unidas continúan investigando la creciente actividad de los OVNIs y extraños acontecimientos relacionados. Testigos en Dharamsala, India del Norte, informan que los OVNIs emiten sonidos distintivos: una frase musical de cinco tonos en una escala pentatónica. Los científicos transmiten la frase al espacio exterior, pero se sienten desconcertados por la respuesta. Esta es una serie aparentemente sin sentido de números (104 44 30 40 36 10) repetidos hasta que Laughlin, con su experiencia en cartografía, reconoce que son un conjunto de coordenadas geográficas, que apuntan a Devils Tower cerca de Moorcroft, Wyoming. Lacombe y el ejército de los EE.UU. convergen en Wyoming. El Ejército de los Estados Unidos evacua la zona, difundiendo falsos informes en los medios de comunicación de que un tren se ha descarrilado derramando un gas nervioso tóxico, mientras en realidad preparan una zona de aterrizaje secreta para los OVNIs y sus ocupantes.

Confrontación final

Mientras tanto, el comportamiento cada vez más excéntrico de Roy hace que Ronnie lo abandone, llevándose a sus tres hijos. Cuando un programa de noticias sobre un supuesto accidente de tren cerca de Devils Tower se emite en televisión, Roy y Jillian reconocen la misma montaña que han estado visualizando. Ellos, junto con otros viajeros que experimentan visiones similares, se dirigen a Devils Tower a pesar de las advertencias públicas sobre el gas tóxico.

La mayoría de los viajeros son detenidos por el Ejército, pero Roy y Jillian llegan al sitio justo cuando los OVNIs aparecen en el cielo nocturno. Los especialistas gubernamentales en el sitio comienzan a comunicarse con los OVNIs, que gradualmente aparecen por docenas, utilizando luz y sonido en un gran cartel eléctrico. Una enorme nave nodriza aterriza para liberar a muchos abducidos de diferentes épocas: pilotos de la Segunda Guerra Mundial, marineros del Cotopaxi, adultos, niños y animales. Barry también regresa y se reúne con Jillian. Los funcionarios gubernamentales preparan rápidamente a Roy para su inclusión en su selecto grupo de posibles visitantes a la nave nodriza.

Cuando los extraterrestres finalmente emergen de la nave nodriza, seleccionan a Roy para unirse a sus viajes. Al entrar en la nave nodriza, uno de los extraterrestres se detiene por unos momentos con los humanos. Lacombe utiliza señas de mano Curwen que corresponden a la frase tonal extraterrestre de cinco notas. El extraterrestre responde con los mismos gestos, sonríe y regresa a su nave, que asciende al espacio.