1964年。核戦争が起こり北半球は全滅する。幸運にも被害が少なかったオーストラリアで細々と生き続ける人類。アメリカの原子力潜水艦艦長ドワイト・タワーズ（グレゴリー・ペック）は妻キャサリンと子供たちを失った痛手を美しい女性モイラ（エバ・ガードナー）に癒される日々を送っていた。だが容赦なく忍び寄る放射能を避け、生存の道を探る学者達の提案で、オーストラリア軍の若きピーター・ホームズ大尉（アンソニー・パーキンス）や学者のジュリアン（フレッド・アステア）たちと共にタワーズは潜水艦で北極圏に汚染調査に出掛けて行く…。最悪の「その日」を前に、人類の存続をかけた努力と、核の恐怖を描く。