New York, fin des années 30. Une armée de robots volants s'abat sur la ville, semant la terreur et la mort. Animés d'une soif de conquête et de destruction, les envahisseurs s'emparent des ressources minérales et énergétiques du globe et font disparaître un à un les plus illustres savants.
Polly Perkins, intrépide reporter du Chronicle, identifie vite le cerveau de cette agression : l'énigmatique et maléfique Dr. Totenkopf, qui à décidé d'annihiler le monde pour le refaire à son image. Pour traquer celui-ci et sauver la planète, Polly sollicite le concours de son ancien amant, l'as des pilotes Joe Sullivan, alias Sky Captain.