Il professor Jan Benes, negli Stati Uniti per partecipare ad un congresso scientifico, è vittima di un grave incidente stradale organizzato da agenti di una potenza straniera allo scopo di ucciderlo. All'uomo, condotto in ospedale in fin di vita, viene diagnosticato un ematoma al cervello che però risulta inoperabile. Si decide quindi di utilizzare una nuova segretissima invenzione per ridurre a grandezza microscopica una equipe di medici ed introdurla nel sangue del paziente affinché localizzi e rimuova dall'interno l'embolo che paralizza il sistema nervoso. La miniaturizzazione avviene con successo ed il gruppo (formato da quattro medici e una dottoressa) a bordo della navetta-sonda Proteus inizia un fantastico viaggio nel corpo dello scienziato rischiando più volte il peggio a causa delle imprevedibili naturali reazioni degli organi vivi. Per effettuare l'intervento gli uomini hanno soltanto un'ora di tempo - tale è la durata massima della miniaturizzazione -, e, a complicare le cose, tra i medici c'è un traditore che tenta a più riprese di compromettere l'esito della missione.