Roy Neary (Richard Dreyfuss) es un hombre corriente que una noche ve como unos objetos misteriosos volando sobre su casa en Indiana. Curioso, Neary comienza a investigar cuáles son esas cosas. Poco a poco se obsesiona hasta el punto de distanciarse de su esposa (Teri Garr). Se observa, se rompió y sin poder hacer nada, ya que su matrimonio hunde.Neary encontró apoyo inesperado cuando conoce a Jillian Guiler (Melinda Dillon), que afirma haber sido testigo de esos mismos objetos una noche. Juntos comienzan una búsqueda con las que tratan de resolver el misterio de los ovnis. Mientras tanto, un grupo de científicos dirigido por Claude Lacombe (François Truffaut) son, a raíz de extraños sucesos que están ocurriendo en todo el mundo, la evidencia de la existencia de los ovnis y comenzar a investigar.