1964年。米ソ冷戦の中、第3次世界大戦が勃発した。

もはや戦争とは核による戦争だった。核を保有する何カ国もが時を違えず放った核の威力は地球上を瞬く間に覆った。1年後、原水爆による戦闘のため、地球上の北半分は絶滅し、死の灰は南半球にも迫っていた。死の灰が南半球に達するのはあと5ヶ月と推測された。
北半球で生き残ったのは一部の米国巡洋艦と2隻の原子力潜水艦のみであった。

タワーズ艦長(グレゴリー・ペック)指揮の米原子力潜水艦ソーフィッシュ号は、難を逃れてオーストラリアのメルボルンに入港した。

オーストラリアの若い海軍士官ピーター・ホームズ(アンソニー・パーキンス)は、妻と赤ん坊を故国に残し、ソーフィッシュ号に同乗して北半球偵察に行くことを命じられた。
ホームズには若い妻と生まれたばかりの赤ん坊がいた。

タワーズ艦長に会ったホームズは、艦長を自宅のパーティに招いた。女友達モイラ(エバ・ガードナー)もその席に招かれた。
タワーズ艦長にも妻と娘、息子がいたがこの時点では生きていない。

モイラは酒びたりの生活だった。だがタワーズ艦長に会って強く惹かれるものがあった。タワーズを慰めるつもりだったが酔いつぶれて逆に介抱される始末だった。

パーティの席上、原子科学者オスボーン(フレッド・アステア)の、原子力戦に関する口論で一同は雰囲気をそがれてしまった。タワーズ艦長はモイラにひかれるものをおぼえ、2人はデイトした。しかし、彼が故国の妻子の話ばかりするのでモイラはいらいらした。

この頃、米国西海岸サンデイエゴ付近から不定期で意味不明のモールス信号をキャッチしていた海軍省はその発信元を確かめるようタワーズ艦長に指令した。
モールス信号は解読不能だった。だが時々、単語らしいものが判読できる。
「子供がまだいるのかな？」
「無数の猿と無数のタイプライターがあれば『シェークスピア』が書けるとも言うぞ」　乗組員たちは様々に思案した。

ソーフィッシュ号はやがて出航した。到着したサンフランシスコは死の町と化していた。サンディエゴで死滅したはずの町から発信されている無電を調査した乗組員は、それが風のいたずらであることを知った。
サンディエゴ港の製鉄所・発電施設でコーラの瓶が日よけのブラインドの紐にからまり、発信機にもたれかかっていた。風が吹くとブラインドが揺れコーラの瓶が発信機を叩いていたのだった。

数ヵ月後、ソーフィッシュ号艦はメルボルンに帰港した。だが、死の灰はすでに到達しており次第に体調を崩す人たちで溢れている。オーストラリアの諸都市も次々と死滅していった。
自動車レースが開かれ、自動車狂のオスボーンは愛車のフェラーリで大荒れに荒れるコースを乗り切って優勝した。

鮎釣りも早めに解禁され人々が鮎釣りを楽しむ中、タワーズとモイラは結ばれた。タワーズとモイラは山小屋で一夜を明かした。

いよいよ、メルボルンにも最後の時が近づいてきた。街では自殺用の薬が配給された。ピーターは身を切られる思いで妻子を納得させ、薬を与えた。
オスボーンは車庫を密閉し、自動車の排気ガスで自殺した。

一方、ソーフィッシュ号ではアメリカに帰国することが決定した。タワーズもモイラへの想いを断ち切って艦に乗った。出航を知ったモイラは渚でいつまでも潜水艦を見送った。艦は一路、死の海に向かって進んでいった。