우주 탐사 작전을 위해 빅터 폰 둠 박사와 과학자 리드 리차드, 수 스톰, 테스트 비행사인 자니 스톰과 벤 그림은 우주로 떠난다. 그런데 탐사 도중 하나의 계산 오류로 인해 잔인한 우주 폭풍이 우주선과 승무원들에게 불어닥치고 그들은 영원히 다른 존재로 변하게 된다.
탐사 대장이었던 둠 박사는 상상을 초월하는 힘을 지닌 닥터 둠으로 변해 사악한 욕망으로 지구를 위협하고, 자신의 몸을 마음대로 조절할 수 있는 능력을 얻게 된 판타스틱, 자신의 모습을 사라지게 만들 수 있는 인비저블, 바위보다 단단한 근육과 가공할 만한 힘을 지닌 씽, 불을 만들어 자유자재로 공격하는 파이어는 판타스틱 4를 결성해 닥터 둠에 맞선다.