Pendant les années 50 les apparitions d'objets volants non identifés se multiplient à travers le monde. Un jour, alors qu'ils circulent en voiture pour se rendre à la base ou ils travaillent sur un projet de lancement de fusées d'observation, le docteur Russel A.Marvin et sa jeune épouse...
A la fin du XIXème siècle, aux États-Unis, un groupe de cow-boys découvre et part explorer une mystérieuse vallée peuplée de créatures préhistoriques (animées par Ray Harryhausen), notamment un Eohippus, un styracosaure, un ptéranodon et un Ornithomimus.
