1954年，美国发现因为核武器而被唤醒、具有超强破坏力的巨兽“哥斯拉”，并试图使用核弹将其消灭，然而最后仅能使其沉睡于太平洋深处。此后各国便联合展开所谓“帝王计划”，以研究彻底消灭怪兽之方法。1999年，菲律宾某矿区发生地震，参与“帝王计划”的学者芹泽市朗前往调查，在陷坑中发现了虫形怪兽“MUTO(穆托)”的石化卵囊，还发现有只孵化的穆托已经逃逸。同年，日本一所核电厂，因为未知原因的地震引发辐射外泄，工程师乔·布罗迪的妻子遇难。

　　15年后，乔·布罗迪的儿子福特，现为美国海军中尉，专长为拆弹爆破。某日，福特接到日方的来电，他的父亲因擅闯废核电厂管制区遭逮捕，需要亲人前往保释。原来乔15年来一直执着于辐射外泄真相之追查，为此与试图忘却丧母伤痛的福特渐渐疏远，妻子艾丽鼓励福特前往日本顺道修补父子关系。

　　将父亲保释出后，福特在乔的说服下，两人前往废核电厂管制区寻找证据遗物，却赫然发现早已没有辐射污染。

　　乔和福特顺利找到证物，却在归途中被军人抓捕，押送到核电厂废墟后面隐藏的一个基地。而这个基地则是“帝王计划”的研究场所，致力于研究一个穆托的蛹，并设法困住它。领队芹泽得知乔曾是核电厂的工程师，听闻乔和保安的对话，以及从他身上搜出的资料，发现他和乔怀疑的核电厂事故发生原因竟然相同，是以吸收核辐射为生的怪兽穆托所造成的。