Zunächst entdecken die Forscher, die anscheinend von der US-Regierung unterstützt werden und sich durch eine weiße Flagge mit einem blauen Dreieck auszeichnen, auf einem Schrottplatz in der mexikanischen Wüste Sonora die 1945 auf mysteriöse Weise im Bermudadreieck verschwundenen Flugzeuge des Flugs 19. Die Flugzeuge erweisen sich als unbeschädigt und funktionstüchtig. Der Besitzer des Schrottplatzes berichtet, die Sonne sei in der Nacht aufgegangen und sie habe zu ihm „gesungen“. Der Mexikaner weist im Gesicht einen starken Sonnenbrand auf. In der nächsten Szene sind Fluglotsen in Indiana zu sehen, die Meldungen zweier Linienmaschinen über UFOs entgegennehmen. Anschließend wechselt das Geschehen in das einsam gelegene Haus der alleinerziehenden Mutter Jillian Guiler, deren Sohn Barry nachts elektrische Phänomene im Haus und Lichter im Garten sichtet und daraufhin das Haus verlässt. Jillian erwacht, stellt Barrys Verschwinden fest und begibt sich auf die Suche nach ihm. Ungefähr gleichzeitig erhält der mitten im komplizierten Familienleben stehende Elektriker Roy Neary den Anruf, wegen eines umfassenden Stromausfalls zu einem Einsatz aufbrechen zu müssen. Neary verfährt sich und sichtet an einem Bahnübergang plötzlich ein UFO, das seinen Wagen hell erleuchtet. In Panik rast Neary davon und überfährt wenig später beinahe den über die Straße rennenden Barry, der von seiner Mutter vom Auto weggestoßen wird. Neary macht kurz Bekanntschaft mit Jillian, dann tauchen jedoch vier sich entlang der Straße bewegende UFOs auf, die von Polizeifahrzeugen verfolgt werden. Neary fährt den Polizeifahrzeugen nach und stellt fest, dass sich die Flugobjekte nicht einholen lassen. Neary kehrt nach Hause zurück und berichtet verstört und fasziniert seiner ungläubigen Frau Ronnie und den Kindern von seiner Sichtung. Diese sind jedoch auch über den merkwürdigen Sonnenbrand verwirrt, den Neary seit der Nacht im Gesicht trägt.

Wenig später finden die Forscher das ursprünglich im Bermudadreieck verschwundene Schiff Cotopaxi, das im mongolischen Teil der Wüste Gobi wieder aufgetaucht ist. Anschließend untersuchen Lacombe und seine Kollegen ein Phänomen in Dharmsala (Indien), wo Tausende gläubige Hindus ständig im Chor eine markante Folge von fünf Tönen wiederholen. Auf Nachfrage, woher die Töne gekommen seien, zeigt die versammelte Menge mit den Händen gen Himmel. Lacombe stellt anschließend einem Kongress von Wissenschaftlern seine Entdeckung vor, denn die Tonfolge hat in der Plansprache Solresol eine bestimmte Bedeutung (H-E-L-L-O).

Unterdessen werden Neary und Jillian von einer UFO-Hysterie mitgerissen. Ein Treffen mit Gleichgesinnten, die auf die Ankunft der Außerirdischen warten, wird von der Polizei mit Hubschraubern aufgelöst. Gleichzeitig zeigt sich, dass Neary, Jillian und Barry von der Vision eines eigenartig geformten Berges besessen sind, welche Neary in seinem Rasierschaum und anderen Orten zu erkennen glaubt. Die Wissenschaftler verwenden unterdessen ein Radioteleskop, um mit der außerirdischen Intelligenz Kontakt aufzunehmen. Sie senden die aufgenommene Tonfolge und erhalten lediglich verschiedene Zahlenangaben zurück, die augenscheinlich keinen Sinn ergeben. Erst dem mittlerweile als Dolmetscher für Lacombe arbeitenden Kartographen David Laughlin (Bob Balaban) fällt auf, dass die Zahlenangaben geographische Koordinaten sein könnten. Auf einem Globus führt die Zahlenangabe in den US-Bundesstaat Wyoming.

Szenenwechsel in Jillians Haus. Während Barry die Tonfolge auf einem Glockenspiel nachspielt, fertigt seine Mutter Kohlezeichnungen des Berges an. Als sie einige ihr ungenau erscheinende Zeichnungen im Müll entsorgt, fällt ihr eine sich nähernde und merkwürdige, von innen beleuchtete Wolkenformation auf. Jillian erkennt, dass sich erneut UFOs nähern, und sperrt sich und Barry im Haus ein. Während das UFO die nähere Umgebung des Hauses in ein rötliches Licht taucht, starken Wind verursacht und elektrische Geräte im Haus verrückt spielen lässt, unternimmt Jillan alle Anstrengungen, um ihr Haus abzuschotten und die unsichtbaren Eindringlinge zu vertreiben. Barry dagegen steht dem Geschehen sehr positiv gegenüber und ist erfreut über den „Besuch“. Schließlich entkommt Barry über eine Katzenklappe aus dem Haus und wird in die Luft gerissen, woraufhin die UFOs verschwinden. Barrys Verschwinden wird auf einem UFO-Kongress thematisiert, dessen erhitzte Atmosphäre jedoch keine sachliche Diskussion