L'aereo che trasporta William Donovan, ricco uomo d'affari, si schianta nei pressi del laboratorio del dottor Cory. Trasportato in fin di vita nello studio del medico l'uomo è sottoposto ad un difficile intervento che tuttavia non dà i risultati sperati. Cory che insieme alla moglie Jan e al dottor Schratt ha già sperimentato la possibilità di mantenere in vita cervelli trapiantati di scimmie, decide di sottoporre Donovan ad un analogo trapianto per prolungarne la vita cerebrale. In gran segreto il cervello del milionario viene asportato e conservato in una speciale apparecchiatura. Le strumentazioni rivelano ben presto che il cervello risponde al trattamento e che è in grado di riprendere la propria attività. Inebriato dal successo Cory non esita di entrare in contatto telepatico con quello che resta di Donovan ed apprende così lati oscuri di una personalità priva di qualsiasi scrupolo, violenta e vendicativa. Diventato psicologicamente schiavo del cervello, il medico si trasforma inconsapevolmente nello strumento di un disegno criminale, fino a quando un provvidenziale fulmine distrugge per sempre la "cosa" viva nel laboratorio.

Rispetto ad altre pellicole horror e di fantamedicina degli anni '50, Donovan's Brain prospetta un uso assai spregiudicato della scienza: anche se il dottor Cory si ritiene uno studioso animato da alti ideali - a suo dire, i trapianti effettuati sulle scimmie dovrebbero contribuire al bene dell'umanità -, l'impiego che egli fa del proprio sapere viene di fatto piegato ed asservito alle spietate ragioni del potere economico.

Felix Feist mette in scena una buona trasposizione del romanzo di Siodmak avvalendosi di attori ben calati nelle parti. Lew Ayres torna - dopo il dottor Kildare e certamente con intenti meno leciti - ad indossare il camice bianco del medico e al suo fianco è il bravo caratterista Gene Evans, attore sobrio spesso poco considerato. Nel ruolo di Jan figura Nancy Davis, futura moglie del presidente Ronald Reagan.

Il film è un remake della Signora e il mostro.