1906年，英國教授兼人類學家亞歷山大·薩克斯頓（克里斯托弗·李飾）坐上了由中國上海到莫斯科橫貫西伯利亞的歐洲特快列車。與他一起上火車是一箱冰凍的屍體，這是他在中國滿洲境內的一處洞穴中發現的一種原始的人形生物。他希望，他可以通過這個屍體找到人類進化的缺失環節。和薩克斯頓一起上火車的還有他的英國皇家學會的同事——醫生威爾斯（彼得·庫欣飾），他也和薩克斯頓一起回歐洲。
但在火車離開上海虹橋火車站前，發生了一個神秘的死亡事故。一個小偷支開了看守箱子的看守員，然後試圖打開箱子。幾分鐘後，當看守員回來時，發現小偷已經死在了平台上，而他的眼睛是白色的，沒有黑色的瞳孔。所有旁觀者都錯誤的以為他是一個瞎子。一個長鬍子的神父普查羅（阿爾貝托·門多薩飾），同時也是等待登上火車彼得羅夫斯基伯爵（喬治·里戈飾）和其夫人伊琳娜·彼得羅夫斯基（西爾維婭·托爾托薩飾）的精神顧問，他宣稱箱子裡面的東西是邪惡的，必須摧毀。而薩克斯頓憤怒地反駁了這種迷信想法，因為他想保住自己的科學發現。威爾斯醫生開始懷疑起來，並賄賂了行李員，讓他在晚上打開箱子看一看裡面的東西。然而到了晚上，當行李員去掉箱子上面的螺絲釘，向裡面張望時，那個怪物緩緩睜開了它那血紅的眼睛……
當行李員失踪後，火車上的督察米羅威（胡里奧·培尼亞飾）也懷疑起了那個神秘的箱子，並強行打開了它。然而裡面的不是那具屍體，而是眼睛完全變成白色的行李員……此時怪物已經開始屠殺火車上的乘客，人們開始一個接一個毫無防備的死去，然而他們的屍體都有一個共同的特點：眼睛完全是白色……威爾斯醫生的驗屍報告顯示，受害人大腦裡的腦漿和知識全部都被吸收了。但米羅威很快發現了那個怪物，並將它殺死在了行李車廂內。但災難並沒有結束……後來薩克斯頓和威爾斯發現，怪物的眼睛裡保存著一些圖像，而這些圖像正是史前時代的地球照片及從宇宙看到的地球照片。他們推斷，這個生物會在臨死前將自己殺人的意識轉移到另一個人的身上，而且它在光線明亮的情況下無法吸收人的大腦。而督察米羅威正是這個寄生體……神父普查羅最先察覺到米羅威是寄生體，並宣誓誓死為他效忠。
有謀殺發生在火車上的消息傳到了俄羅斯當局。他們派了一個嚇人的哥薩克上尉卡贊（泰爾利·瓦萊斯飾）與他的手下到火車上去處理這件事。但他只相信外星人在火車上，並發現了米羅威是生物思想的寄生體。這個生物事實上只想吸收彼得羅夫斯基伯爵的冶金知識，它可以通過這些知識造一艘飛船離開地球。然而卡贊立即向米羅威開槍射擊，米羅威在臨死前又將怪物的思想傳輸給了神父普查羅。
此時車上所有的乘客都逃到了火車尾部的行李車廂，而普查羅則用眼睛殺死了卡贊及其他的全部手下，接著又到第一節車廂吸收了彼得羅夫斯基伯爵的大腦，並想殺死伯爵夫人伊琳娜。就在危急關頭，薩克斯頓趕來解救了伊琳娜，用槍將神父趕到了明亮的燈光下。神父解釋說它是一個來自另一個星系的生物。在遙遠的過去便被困在了地球上，並地球上存活了數百萬年，通過活在原生動物、魚類和其他動物的身體裡，但不能居住在空氣中，只要超過幾分鐘，它便會死去。它憑藉其先進的外來知識，誘惑薩克斯頓放它一條生路。就在薩克斯頓分心的時候，生物將自己的思想分解除了一些，將其輸入了它之前殺死的那些屍體裡，緊接著這些屍體緩緩地站了起來……
在發現危險來臨後，薩克斯頓和伊琳娜逃離了車廂，然而所有的屍體都變成了殭屍。經過一番激戰後，薩克斯頓帶著伊琳娜逃離了殭屍群來到了尾部的行李車廂，躲入了其他的倖存者中。但殭屍正向行李車廂逼近，薩克斯頓和威爾斯拼命地工作，想讓行李車廂脫離前面的車廂。此時俄羅斯政府給一個調度站發出了一份電報，指示他們將特快列車引向支線並摧毀。而神父正控制著火車，但當懸崖出現在前方的鐵軌頂端時，想剎車已經來不及了。隨著一聲巨響，火車衝破障礙墜下了懸崖。千鈞一發之際，行李車廂與前面的車廂脫鉤，搖搖欲墜的停在了懸崖的邊上。而前面的火車殘骸正在深谷裡燒著熊熊大火……
