Chuck Browning
(Peter Fonda) voit un certain Frenchy LaPorte
(Ed Geldart), qui l'avait contacté, mourir devant lui en prononçant le mot "DELOS". Le reporter avait couvert deux ans plus tôt le massacre des touristes par les robots dans ce centre de loisirs futuriste. Ayant rouvert le centre, modernisé et agrandi, le docteur Duffy
(Arthur Hill) invite Browning et sa collègue Tracy Ballard
(Blythe Danner) pour juger impartialement. D'autres hôtes prestigieux arrivent simultanément. Le général russe Karnovsky
(Bert Conroy) et son épouse
(Dorothy Konrad) sont plongés dans le monde hypnotique des tsars. Venu de Chine avec son assistant
(Dana Lee), M. Takaguchi
(John Fujioka) est défié par un chevalier saxon puis joute dans le monde médiéval. Quant à John Thurlow
(Jim Antonio), le gagnant d'un jeu télévisé, il part skier sur Mars. Après un simulacre de voyage en navette spatiale, Chuck et Tracy arrivent à Future-Monde. Guidés par Duffy, ils découvrent le centre de contrôle, dorénavant dirigé par des robots (les très évolués modèles 700) pour éviter toute erreur humaine. Déjà observés à leur insu depuis leur arrivée, les invités de marque sont drogués, puis la nuit secrètement opérés, scannés et analysés. Au réveil, Chuck et Tracy furètent dans les sous-sols, où les modèles 400 restent insensibles à leur présence. Poursuivis par trois hologrammes yakusa de Monde-Est, ils sont "sauvés" par Harry
(Stuart Margolin), un technicien séjournant dans le souterrain avec son robot "Clark"
(James M. Connor). Là depuis la première inauguration, il connaissait Frenchy. Dans son dernier soupir, celui-ci avait remis à Browning une enveloppe contenant de nombreuses coupures sur des personnalités invitées à Delos depuis la réouverture. Sur l'invitation du docteur Schneider
(John P. Ryan) qui les a surpris en sous-sol, Tracy accepte l'enregistrement vidéo de son rêve tandis que Chuck regarde. Dans ce songe, elle est sauvée et séduite par l'ancien "robot tueur" de Mondwest
(Yul Brynner). Avec l'aide de Harry, les reporters s'introduisent dans une zone réservée aux 400 et aux 700. Ils découvrent ainsi des robots, duplicata parfaits de Karnovsky, de Takaguchi... et d'eux-mêmes. Chuck tente d'appeler son patron Arthur Holcombe
(Charles Krohn), mais Duffy l'en empêche, l'arme au poing. Avant d'être abattu par Tracy, ce responsable – lui-même artificiel – explique remplacer les hommes importants par des machines afin de créer un monde plus stable. Par leurs articles élogieux, les doubles des reporters attireraient les plus hautes personnalités. Alors qu'il s'apprête à fuir Delos, Harry est abattu par le double de "Chuck". Réfugiés dans un Mondwest désert, les deux journalistes sont confrontés à leurs duplicatas qui, possédant les mêmes souvenirs et le même mode de pensée, anticipent leurs mouvements. Les humains ont malgré tout raison des machines, qu'ils simulent être pour pouvoir quitter le centre sous l'œil de Schneider...
