Una noche, cerca de su casa, en Indiana, Roy Neary (Richard Dreyfuss) observa en el cielo unos misteriosos objetos voladores. Desde entonces vive tan obsesionado por comprender lo que ha visto que se distancia de su esposa (Teri Garr). Encuentra apoyo en Jillian Guiler (Melinda Dillon), una mujer que también ha sido testigo de los mismos hechos. Juntos intentan encontrar una respuesta al misterio que ha alterado sus vidas. Al mismo tiempo, un nutrido grupo de científicos internacionales, bajo la dirección de Claude Lacombe (François Truffaut), empieza a investigar las apariciones de OVNIS y otros extraños fenómenos.