Dopo la misteriosa scomparsa di alcune navicelle spaziali russe e americane in orbita attorno alla Terra, Mosca e Washington si scambiano reciprocamente violente accuse di sabotaggio. Mentre la tensione internazionale si acuisce, Londra, convinta della buona fede di entrambe le super-potenze, invia a Tokyo il suo agente 007, James Bond, per seguire un esile indizio che potrebbe scongiurare l'imminente conflitto. Con la collaborazione di Tigre Tanaka dell'Intelligence giapponese, 007 scopre che l'industriale Osato è un uomo della Spectre, l'organizzazione creata da Ernst Stavro Blofeld dedita al terrorismo e all'estorsione internazionale che progetta di scatenare la terza guerra mondiale. Un vulcano spento di una piccola isola popolata da pacifiche pescatrici "ama" nasconde l'avveniristica base spaziale del super-criminale dalla quale la navicella pirata che ha già catturato gli astronauti russi e americani sta nuovamente per partire alla vigilia del lancio americano alle cui sorti è legato il destino del mondo.

Quinta avventura di 007. Sean Connery, un po' appesantito e meno ironico del solito, si lascia trascinare dal meccanismo dell'azione, ma trova il tempo per assistere ad un combattimento di sumo, farsi servire un bagno da servizievoli gheishe, travestirsi da giapponese e sposare una ragazza "ama". Connery in questo film non guida neppure una macchina, ma fa prodezze a bordo della "piccola Nellie" - il minielicottero monoposto armato di mitragliatrici e missili -, apprende le tecniche di combattimento dei ninja, e, penetrato nel cratere mimetizzato, scatena il caos nella sala comandi al cospetto di Blofeld accendendosi una "sigaretta spara proiettili".
L'elemento fantascientifico sta nella cospirazione tecnologica della Spectre e nell'improbabile capsula spaziale che apre le ganasce anteriori per inghiottire le navicelle, ma la vera attrazione del film è il suggestivo scenario della base della Spectre progettata da Ken Adam negli stabilimenti della Pinewood per un costo di circa 1.000.000 di dollari.

Il volto di Blofeld, l'arcinemico di James Bond, appare per la prima volta sullo schermo: il ruolo, prima di essere affidato a Donald Pleasence, era stato pensato per Jan Werich.
Il soggetto si ispira al romanzo di Ian Fleming, ma, a parte l'ambientazione giapponese e i personaggi, viaggia per conto proprio. Nelle pagine di Fleming il titolo si riferisce all'haiku, la composizione poetica che 007 improvvisa su invito di Tigre: "Si vive solo due volte/una volta quando si nasce/e una volta quando si guarda/la morte in faccia". Nel film è una battuta messa in bocca a Blofeld quando riconosce nel prigioniero Bond l'uomo per il quale i servizi segreti avevano inscenato la morte in un attentato; nella canzone interpretata da Nancy Sinatra il Si vive solo due volte è riferito a "...one time for yourself, and one for your dreams...".

Le due graziose attrici giapponesi Mie Hama e Akiko Wakabayashi avevano lavorato insieme anche nel Trionfo di King Kong del 1962; Charles Gray che qui interpreta lo sfortunato agente Henderson (finisce accoltellato dopo poche inquadrature), tornerà in Agente 007 - Una cascata di diamanti per impersonare, però, Blofeld. Tetsuro Tamba e Teru Shimada sono due noti interpreti del cinema di fantascienza giapponese. Tra il personale della sala controllo della Spectre si riconosce Burt Kwouk, il popolare Chato, domestico-karateka dell'ispettore Clouseau nella saga della Pantera rosa.
L'autorevole filmografia della IMDb cita Ed Bishop tra i numerosi attori non accreditati.

Titolo alternativo americano: Ian Fleming's You Only Live Twice.
In Europa il film è conosciuto anche come On ne vit que deux fois, Du lebst nur zweimal, Sólo se vive dos veces.