El brillante pero excéntrico científico Seth Brundle conoce a la periodista científica Veronica "Ronnie" Quaife en un evento de encuentro con la prensa organizado por Bartok Science Industries, la empresa que financia su trabajo. La lleva a su laboratorio en su casa-almacén y le pide que documente exclusivamente su invención: dos cápsulas que pueden teletransportar objetos entre ellas. Aunque las "telecápsulas" pueden transportar objetos inanimados perfectamente, mutilan el tejido vivo, como se demuestra cuando un babuino se invierte después de ser teletransportado.

Relación y primeros signos

Mientras experimentan con la invención, Seth y Ronnie comienzan a formar una relación. Usando dos filetes, uno de control y otro teletransportado, Seth descubre que la máquina está creando una versión sintética del material biológico en lugar del objeto en sí. Reprograma el sistema para entender la composición del tejido vivo y teletransporta con éxito a un segundo babuino. Ronnie se va antes de que puedan celebrar, y Seth teme que esté reavivando su relación con su editor, Stathis Borans. En realidad, ella se fue para enfrentarse a Stathis sobre una amenaza velada, impulsada por los celos que siente hacia Seth, de publicar la historia de la telecápsula sin su consentimiento. Borracho, Seth se teletransporta solo, sin darse cuenta de que una mosca había entrado en la cápsula transmisora con él. Sale de la cápsula receptora aparentemente normal.

Transformación y desesperación

Después de reconciliarse con Ronnie, Seth muestra antojos de azúcar y aumenta su fuerza, agilidad, resistencia y potencia sexual, lo que él cree que es el resultado de la "purificación" de su cuerpo por el teletransporte. Ronnie se preocupa cada vez más por la deteriorada cordura de Seth, así como por las llagas en su cara y extraños pelos que crecen de una herida en su espalda. Cuando ella expresa sus preocupaciones, Seth se vuelve agresivo, insistiendo en que el proceso es beneficioso. Intenta obligar a Ronnie a someterse al teletransporte, pero ella se niega.

Confrontación y final trágico

Seth va a un bar y participa en una lucha de pulso, dejando a su oponente con una fractura compuesta. Lleva a una mujer de vuelta al almacén, donde tienen relaciones sexuales. Seth intenta obligarla a teletransportarse. Sin embargo, Ronnie interviene y Seth la echa. Cuando sus uñas comienzan a caerse, se da cuenta de que algo va mal. Vuelve a ejecutar la secuencia de teletransporte y descubre que la computadora, confundida por la presencia de dos formas de vida separadas en la cápsula transmisora, lo fusionó con la mosca a nivel molecular-genético.

Seth continúa deteriorándose, perdiendo partes del cuerpo junto con su apariencia humana. Después de varias semanas, se reconecta con Ronnie y revela que se está convirtiendo en un híbrido de humano e insecto, al que ha apodado "Brundlefly". También ha comenzado a vomitar enzimas digestivas sobre su comida, puede adherirse a paredes y techos, y está perdiendo su razón y compasión humanas.

Seth instala un programa de fusión en la computadora de la telecápsula, con la intención de diluir los genes de mosca en su cuerpo con ADN humano. Ronnie descubre que está embarazada de Seth y tiene una pesadilla de dar a luz a una gigantesca larva. Exige que Stathis convenza a un médico para que le practique un aborto en medio de la noche, pero Seth la secuestra antes del procedimiento. Le ruega que lleve al niño a término, ya que puede ser el último vestigio de su humanidad. Stathis irrumpe en el laboratorio de Seth con una escopeta, pero Seth lo incapacita usando su vómito corrosivo para destruir la mano y el pie de Stathis, deteniéndose justo antes de vomitar ácido en su cara cuando Ronnie le grita que pare.

Seth revela a Ronnie que usará las telecápsulas para fusionar a los dos, junto con el hijo no nacido, en una sola entidad para convertirse en "la familia definitiva". Durante una lucha, ella le arranca la mandíbula, lo que desencadena su transformación en una monstruosa criatura insectoide-humana.

Seth atrapa a Ronnie en la primera telecápsula, se mete en la otra y comienza la cuenta atrás. Stathis recupera su escopeta y corta los cables que conectan la telecápsula de Ronnie con la computadora. Seth sale a medias de su propia cápsula, pero el proceso de fusión se activa, fusionándolo grotescamente con una parte de la telecápsula. Seth se arrastra hacia Ronnie y coloca el cañón de la escopeta en su cabeza, suplicándole en silencio que termine con su sufrimiento. Ella dispara llorando, matándolo, y cae de rodillas en desesperación.