Rozbitkowie ocaleni po katastrofie statku znaleźli się na Wyspie Infant, wcześniej wykorzystywanej do prób atomowych. Na niespotykanie wolnej od radiacji wyspie ekspedycja odkrywa osobliwe rzeczy włącznie z dwiema kobietami mierzącymi zaledwie 30 centymetrów. Niegodziwy przywódca ekspedycji Clark Nelson porywa kobiety i umieszcza w swoim wodewilu. Ale ich słodka pieśń zawiera w sobie telepatyczne wołanie o pomoc do Mothry, gigantycznej ćmy czczonej przez mieszkańców wyspy jak bogini. Mothra wyrusza na poszukiwania kobiet do Tokio powodując przy tym ogromne zniszczenia.