En el siglo XXIII, tras más de un año de viaje, la nave estelar C-57D de los Planetas Unidos llega al lejano planeta Altair IV para determinar el destino de una expedición enviada allí 20 años antes. El Dr. Edward Morbius, uno de los científicos de la expedición original, advierte a la nave que no aterrice por razones de seguridad, pero el comandante John J. Adams hace caso omiso de la advertencia de Morbius.

Adams y los tenientes Jerry Farman y "Doc" Ostrow son recibidos por Robby el Robot, que los transporta a la residencia de Morbius. Morbius describe cómo todos los demás miembros de su expedición han sido asesinados uno a uno por una "fuerza planetaria" invisible y cómo su nave fue vaporizada cuando los últimos supervivientes intentaban despegar. Sólo Morbius, su esposa (que murió más tarde por causas naturales) y su hija Altaira fueron inmunes. Morbius se ofrece a ayudar a la nave a volver a casa, pero Adams dice que debe recibir más instrucciones de la Tierra.

Al día siguiente, Adams descubre a Farman besando a Altaira. Furioso, regaña a Farman y critica a Altaira por ingenua y por llevar ropa reveladora que la hace demasiado atractiva. Esa noche, un intruso invisible sabotea el equipo de la nave. A la mañana siguiente, Adams y Ostrow van a la residencia de Morbius para hablar de la intrusión. Mientras esperan, Adams se encuentra a Altaira nadando. Después de que ella se ponga un vestido nuevo y menos revelador, Adams se disculpa por su comportamiento hacia ella y se besan. De repente son atacados por el tigre mascota de Altaira, y Adams se ve obligado a desintegrarlo con su blaster.

Morbius aparece y les cuenta a Adams y Ostrow que ha estado estudiando artefactos de los krell, una raza muy avanzada que pereció de la noche a la mañana 200.000 años antes. Uno de esos artefactos mejora el intelecto, que Morbius había utilizado. Apenas sobrevivió, pero su capacidad intelectual se había duplicado. Otro es una vasta máquina subterránea de 32 km cuadrados, aún en funcionamiento, alimentada por 9.200 reactores termonucleares que funcionan "en tándem". Adams le dice a Morbius que debe compartir estos descubrimientos con la Tierra. Morbius se niega, alegando que "la humanidad aún no está preparada para recibir un poder tan ilimitado".

Adams erige un campo de fuerza alrededor de la nave, pero el intruso lo atraviesa fácilmente y asesina al ingeniero jefe Quinn. Morbius advierte a Adams de su premonición de nuevos ataques mortales. Esa noche, el intruso invisible regresa, delineado por la energía del campo de fuerza mientras los múltiples blásters de la nave le disparan, sin efecto alguno. La cosa mata a Farman y a otros dos tripulantes. Cuando Morbius es despertado por los gritos de Altaira, la criatura desaparece de repente.

Adams intenta persuadir a Altaira para que se marche. Ostrow se escabulle y utiliza el potenciador del intelecto krell y resulta mortalmente herido. Antes de morir, informa a Adams de que la máquina krell puede crear cualquier cosa con el mero pensamiento, pero los krell olvidaron una cosa: "monstruos del id". La máquina dio rienda suelta a los deseos subconscientes de los krell con un poder ilimitado, lo que provocó su extinción. Adams afirma que el subconsciente mejorado de Morbius hizo que la máquina creara la cosa que mató a los miembros originales de la expedición y atacó a sus tripulantes. Morbius se niega a creerle.

Altaira le dice a Morbius que se marcha con Adams. Robby detecta a la criatura acercándose por el suroeste. Morbius ordena a Robby que la mate, pero el robot sabe que es Morbius y se apaga. Adams, Altaira y Morbius se esconden en el laboratorio de Krell, pero la criatura se abre paso a través de las gruesas puertas. Morbius acepta la verdad, se enfrenta a su otro yo y lo repudia, y el monstruo Id desaparece, dejando a Morbius herido de muerte. Antes de morir, hace que Adams active un sistema de autodestrucción planetaria, advirtiéndoles de que deben estar lejos, en el espacio profundo. A una distancia segura, Adams, Altaira, Robby y la tripulación superviviente observan la destrucción de Altair IV. Adams tranquiliza a Altaira diciéndole que dentro de un millón de años la raza humana será como los krell, y que estos acontecimientos les recordarán que, después de todo, no son Dios. Se abrazan mientras el C-57D regresa a la Tierra.