일본 근해에서 원자폭탄의 원료인 플루토늄 운반선 카이류마루호가 기이한 산호에 걸려 좌초되는 일이 발생하고 하슈 해양보험사의 쿠사나기와 해상 보안청 순시선의 일등항해사 요네모리가 사건의 수사에 착수한다. 산호는 길이 60미터에 넓이가 45미터나 되는 것으로 조사팀은 산호 내부에서 이상한 모양의 금속조각과 고대 글자가 새겨진 비문을 발견한다. 순간, 산호는 움직이기 시작하고 자취를 감춘다. 이와 동시에 고토 군도의 외딴섬에서 희귀새를 연구하던 한 교수가 실종되는 사건이 일어나고, 교수를 찾기 위해 섬에 도착한 조류학자 나가미네와 경찰들은 처참하게 변해버린 섬을 보고 넋을 잃는다. 사건을 조사하던 그들은 교수와 마을을 습격한 것으로 추정되는 약 15미터 크기의 거대한 새의 자취를 발견하고, 이 새들에 대한 보고를 들은 정부는 희귀 동물 보호차원에서 이들을 생포할 계획을 세운다. 나가미네는 이 새들이 빛에 약하다는 사실을 알아내고 돔구장인 후쿠오카 야구장에 덫을 놓아 새들을 잡기로 한다. 희귀새 생포 작전은 성공을 눈앞에 두고 방위사령부의 실수로 실패하게 되는데, 이때 갑자기 바다에서 나타난 거북 모양의 거대한 생명체가 불을 뿜으며 새들을 공격한 후, 도망치는 이들을 쫓아 바다 너머로 사라진다. 쿠사나기는 산호에 박혀있던 비문의 글자들을 해독하고, 바다괴물은 가메라였으며 그 커다란 새들은 비정상적인 생식능력을 가진 가오스임을 알게 되는데..