Un avión de carga se cae en una tormenta de arena en el Sahara con al menos una docena de hombres a bordo. Uno de los pasajeros es ingeniero aeronáutico, y se le ocurre la idea de reutilizar un ala que ha quedado en buen estado como base para otro avión que tienen que construir antes de que se agoten los víveres.

El profesor Christopher Maitland, un coleccionista de antigüedades con tendencias ocultistas, compra una calavera a Marco, un hombre extraño con el que tiene misteriosos tratos. Según Marco, la calavera fue robada de la tumba del Marqués de Sade. Sir Matthew Philips, amigo de Christopher, le advierte del peligro de tocarla, asegurándole que una vez fue suya, pero que se la robaron. Christopher se obsesiona con la calavera, que acaba apoderándose de él y obligándole a cometer una sucesión de horribles asesinatos.

La organización secreta Spectra se propone infiltrar en la base inglesa de la OTAN a un impostor llamado Angelo, y así lograr apoderarse de un bombardero Vulcan Vindicator equipado con dos bombas nucleares. Cuando logra su propósito, la organización amenaza con destruir una ciudad de EE.UU. o Inglaterra si no le dan 100 millones de libras esterlinas. El agente 007 es el encargado de seguir el caso, y en las Islas Bahamas conoce a Dominó, atractiva amante del misterioso Emilio Largo, que aparenta ser un ocioso millonario pero que en realidad es el número dos de Spectra. Mientras intenta localizar el avión secuestrado, James Bond debe enfrentarse con la cabecilla de los asesinos, Fiona Volpe, y con los secuaces de Emilio Largo.