Lors de l'exploration de la planète Argo, une équipe de l'Enterprise prend une navette aquatique pour explorer la surface. La planète est presque entièrement recouverte d'eau à la suite de tremblements de terre et autres phénomènes sismiques, et l'Entreprise est chargée d'en étudier les effets, car une planète appartenant à la Fédération va bientôt subir les mêmes changements planétaires.

Malheureusement, la navette est attaquée par un serpent géant et le Capitaine Kirk ainsi que M. Spock sont enlevés.

Quand une équipe de recherche retrouve les deux officiers, cinq jours plus tard, ils découvrent que les deux hommes ont subis une mutation à la suite de l'introduction d'une hormone inconnue dans leur organisme, leurs mains sont palmées, leurs yeux ont une deuxième paupière et ils respirent désormais sous l'eau.

Malgré tous ses efforts, le Dr McCoy est incapable de leur rendre leur physiologie d'origine. Kirk et Spock retournent alors dans les eaux d'Argo pour continuer leur enquête lorsqu'ils sont capturés par une race intelligente, les Aquans. Craignant que ceux qui respirent de l'air ne leur fasse du mal, le Tribunal des Règles Aquan les condamne à mourir sur une masse continentale émergée.

Une Aquane nommée Rila aide l'équipe de sauvetage partie de l'Enterprise à retrouver et sauver Kirk et Spock, mais les senseurs du vaisseau sont porteurs d'une horrible nouvelle, un raz de marée va faire disparaitre la ville sous-marine d'Aquan dans les deux heures qui suivent !!

Rila informe le duo qu'il y a des dossiers, cachés dans les ruines englouties sur la manière de leur rendre leur physiologie d'origine. Il trouve les documents, et après un appel à proximité d'un serpent géant, ils reviennent avec eux sur l'Enterprise.

Apprenant que le venin du serpent est la clé indispensable pour inverser leurs mutations, Kirk et Spock, aidés par Rila et plusieurs autres volontaires parviennent à en acquérir une certaine quantité. Au bout de quelques essais, McCoy est capable de l'utiliser pour rendre aux deux Officiers leur physiologie d'origine.

L'USS Entreprise utilise alors ses phaseurs pour bombarder des zones inhabitées du fond marin, changeant ainsi l'épicentre des tremblements de mer massifs. Leur ville sauvée, les Aquans se montrent reconnaissants envers Kirk et son équipage et s'engagent à permettre aux jeunes Aquans d'explorer la vie en surface, sur les terres émergées, s'ils en ont le désir.