En 1964, la Tercera Guerra Mundial ha devastado el hemisferio norte, matando a todos los seres humanos de la zona. Las corrientes de aire transportan lentamente la lluvia radiactiva al hemisferio sur, donde Melbourne (Australia) será la última gran ciudad de la Tierra en perecer.

El submarino nuclear estadounidense USS Sawfish, al mando del capitán Dwight Towers, llega a Melbourne y se pone bajo el mando de la Marina Real Australiana. Peter Holmes, un joven oficial de la Marina australiana con esposa e hijo, es asignado como enlace de Towers. Holmes invita a Towers a una fiesta en su casa, donde conoce a Julian Osborn, un depresivo científico nuclear que ayudó a construir las bombas, y a Moira Davidson, una solitaria alcohólica por la que Towers siente una tímida atracción. Aunque Moira se enamora de Towers, él se ve incapaz de corresponder a sus sentimientos, porque no se atreve a admitir que su mujer y sus hijos están muertos en Estados Unidos.

Mientras tanto, una nueva teoría científica postula que los niveles de radiación en el Hemisferio Norte podrían haber descendido más rápido de lo previsto, lo que sugiere que la radiación podría dispersarse antes de alcanzar el Hemisferio Sur, o al menos dejar habitable la Antártida. Poco después, los australianos también detectan una incomprensible señal continua en código Morse procedente de la costa oeste de Estados Unidos, donde no debería haber nadie vivo para enviarla. Towers recibe la orden de tomar el Sawfish, con Peter y Julian, para investigar.

Al llegar a Point Barrow, Alaska, la tripulación del submarino descubre que los niveles de radiación siguen siendo altamente letales. La teoría de la dispersión es incorrecta. No habrá salvación de la radiación. En su siguiente parada en San Francisco, Sawfish descubre que la ciudad carece de vida. Un miembro de la tripulación con familia en la ciudad deserta y nada hasta la orilla, para poder morir en casa.

A continuación, el submarino se detiene en una refinería cerca de San Diego, que ha sido señalada como la fuente de las misteriosas señales Morse. Un miembro de la tripulación descubre que la fuente de energía sigue funcionando con control automático. Cerca de allí, una llave de telégrafo se ha enredado en el cordón de una persiana y en una botella de Coca-Cola medio llena, y es arrastrada aleatoriamente por la brisa marina, lo que provoca las señales de radio.

Sawfish regresa a Australia para esperar lo inevitable. Towers se reúne con Moira en la granja de su padre. Se entera de que todo el personal de la Marina de los EE.UU. en Brisbane ha muerto y se le ha dado el mando de todas las fuerzas navales de los EE.UU. restantes. Osborn, que ha comprado el Ferrari más rápido de Australia, gana el Gran Premio de Australia, en el que muchos pilotos, sin nada que perder, mueren en accidentes.

Cumpliendo el deseo de Towers, Moira utiliza sus contactos para conseguir que se abra antes la temporada de la trucha. Towers y Moira se van de pesca al campo. Mientras los borrachos cantan "Waltzing Matilda" en el bar del hotel, Towers y Moira hacen el amor en su habitación.

De regreso a Melbourne, Towers se entera de que el primero de los miembros de su tripulación sufre una enfermedad por radiación. Queda poco tiempo. Towers realiza una votación entre su tripulación, que decide que quiere volver a Estados Unidos para morir. Osborn se encierra en un garaje con su Ferrari y arranca el motor, para acabar con su vida por envenenamiento de monóxido de carbono. Otros hacen cola para recibir pastillas suicidas expedidas por el gobierno. Antes de tomar las pastillas, Peter y Mary rememoran el día en que se conocieron, "en la playa".

Towers se despide de Moira en los muelles. Eligiendo el deber sobre el amor, se lleva el Sawfish de vuelta al mar. Con el corazón roto, Moira observa desde un acantilado cómo el Sawfish se sumerge.

A los pocos días, las calles de Melbourne quedan vacías. Una pancarta del Ejército de Salvación, vista varias veces en la película, dice: "Todavía hay tiempo... Hermano".