Attraverso una serie di incidenti militari e politici, due vecchi ufficiali militari con disturbi mentali -- il comandante dell'U.S. Air Force Jack D. Ripper (Sterling Hayden) e il generale dello stato maggiore della difesa "Buck" Turgidson (George C. Scott) -- ordiscono un piano astuto, infallibile e irrevocabile per scatenare bombardieri nucleari B-52 su obiettivi strategici situati in territorio sovietico. E quando la mente del piano, il Dr. Strangelove (Peter Sellers), uno scienziato nucleare sulla sedia a rotelle e con bizzarre idee sul futuro dell'uomo, attiva accidentalmente la missione di bombardamento, il presidente degli Stati Uniti (Peter Sellers), non riesce a fermarla. Sebbene a conoscenza del codice segreto per bloccare la missione, il capitano della Royal Air Force Mandrake, (Peter Sellers) non può fare molto, perché attaccato da un gruppo di paramilitari americani anch'essi attivati accidentalmente. Così, nonostante gli sforzi per richiamarlo, il maggiore T.J. "King" Kong (Slim Pickens) vede con i propri occhi il fatidico epilogo della sua missione, proprio mentre l'ambasciatore sovietico (Peter Bull) viene convocato alla Casa Bianca nella speranza di evitare la crisi e di impedire l'attivazione della macchina apocalittica. Ma gli sforzi degli alti ufficiali del Pentagono e dei politici di Mosca e Washington non riescono a disinnescare la serie di eventi cataclismici e l'inevitabile diventa realtà.