L'Enterprise est en orbite autour de la planète Argo, planète presque entièrement recouverte d'eau, pour l'étudier parce qu'une autre planète est menacée du même phénomène. Kirk et Spock sont attaqués par une bestiole sous marine. Cinq jours plus tard, Mc Coy les retrouvent, mais ils ont subi des changements : leurs mains portent des palmes, leurs poumons ont été remplacé par des branchilles...
Cette mutation a été provoquée par des injections. Cela suppose donc une vie intelligente sous l'eau. Kirk et Spock décident de retourner sur la planète pour demander à ceux qui les ont transformés de redevenir normaux.
Ils sont fait prisonniers par les Aquans et accusés d'espionnage. Pendant ce temps, à bord, les détecteurs indiquent qu'une éruption volcanique risque de totalement bouleverser la planète dans quatre heures. Sauvés par une Aquan, dans des ruines antiques ils retrouvent des traités médicaux qui permettent à Mc Coy de retrouver le secret des mutations. Il leur faut capturer un grand serpent d'Argo pour recueillir son venin pour inverser la mutation.