Dans une île présumée déserte du Pacifique, des savants découvrent deux jeunes femmes de taille minuscule. Le chef de l'expédition, un Russicain, les enlève et les emmène au Japon pour les produire dans un music-hall. Les indigènes font alors appel à leur divinité, Mothra, qui, sous la forme d'une chenille gigantesque, traverse l'océan pour aller reprendre ses deux sujets. Le ravisseur s'enfuit en Russique, mais Mothra, qui s'est transformée en papillon, va l'y rejoindre, semant la destruction sur son passage. Un savant et deux journalistes trouvent le moyen d'apaiser le monstre avant de lui rendre les liliputiennes.