En 1954, au Nouveau-Mexique, le désert d'Alamogordo devient le théâtre de meurtres inexpliqués qui intriguent le FBI. Le shérif Ben Peterson mène une enquête qui débouche sur un nid de fourmis géantes nées de tests nucléaires expérimentés par les États-Unis des années auparavant. La nourriture s'amenuisant dans leur zone de vie, les fourmis se dirigent vers la ville...
À la fin du XIXe siècle, aux États-Unis, un groupe de cow-boys découvre et part explorer une mystérieuse vallée peuplée de créatures préhistoriques. Après de nombreuses péripéties, les aventuriers parviennent à capturer au lasso un Allosaurus nommé Gwangi, le ramènent en ville dans une cage improvisée et l'exposent dans un cirque. Mais le dinosaure parvient à s'échapper et sème la panique...
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