1999年、フィリピンでの炭鉱崩落事故を調査中の芹沢猪四郎博士らは、炭鉱の深部で巨大な恐竜のような生物の化石を発見する。
化石には別種の生物の繭が寄生しており、付近には巨大な何かがはい出たような痕跡が残っている。
一方、日本の雀路羅（じゃんじら）市にある原子力発電所に勤務する核物理学者のジョー・ブロディは、
原子炉直下で発生する不可解な地震について調査を要請する。
ジョーの妻で技師のサンドラが原子炉の安全確認に向かうが、突如起こった巨大な揺れによって原子炉が暴走し、
原発は倒壊した。

15年後、ブロディ夫妻の息子でアメリカ海軍爆弾処理班のフォードは、
父のジョーが日本で警察に逮捕されたという知らせを受ける。ジョーは妻の命を奪った原発事故の真相を探るべく、
立入禁止区域となった原発跡地に侵入し逮捕されていた。
原発跡で15年前と同じ事態が起きつつある兆候を察知したジョーは、
フォードと共に禁止区域へ再侵入し実家に残されたデータを回収するも、付近をパトロールしていた武装集団に捕まり、
原発跡地内の研究施設へ連行される。

施設内にはかつての地震の原因となった巨大な繭があり、「モナーク」と称する秘密機関が調査を行っていたが、
すでに繭は羽化を開始していた。羽化した生物は研究施設を破壊して東へ飛び去り、
施設の倒壊に巻き込まれたジョーは命を落とす。芹沢らはジョーの遺した情報を持つフォードとともに
原子力空母「サラトガ」にて「ムートー」と名付けられた巨大生物を追う。
モナークの目的は、ペルム紀末の大量絶滅を生き延びた太古の巨大生物「ゴジラ」を研究し、
その存在を社会から隠蔽する事だった。芹沢はムートー排除のためゴジラも再び現れると推測する。

ムートーは洋上でロシア海軍アクラ型原子力潜水艦を襲い、その核燃料を捕食するためオアフ島に上陸する。
怪獣はホノルル市街に侵攻し米軍と交戦するが、間もなくしてそこにムートーを追って来たゴジラが60年ぶりに地上に姿を現す。
両者は空港で対峙するがムートーは飛行して逃亡、それを追うゴジラも海へ消えた。

一方、アメリカのユッカマウンテン放射性廃棄物処分場に保管されていたフィリピンの繭から新たなムートーが羽化し、
ラスベガスを破壊しさらに西へと進行する。