Eine Gruppe von Geologen findet bei Grabungen am Amazonas eine versteinerte Hand, die von einem fehlenden Verbindungsglied zwischen Meeres- und Landlebewesen stammen könnte. Um nach weiteren Funden zu forschen, rüstet Dr. David Reed, ein Ichthyologe, eine neue Expedition aus, die neben ihm aus den Wissenschaftlern Williams, Thompson und Maia besteht. Reeds Freundin Kay Lawrence schließt sich der Expedition ebenfalls an.
Mit dem kleinen Dampfer „Rita“ macht man sich auf den Weg zum alten Lager, findet aber die zurückgelassenen Expeditionsmitglieder nur noch tot vor. Kapitän Lucas von der „Rita“ vermutet, dass sie von einem Jaguar getötet wurden, doch die Wissenschaftler können sich der Vermutung nicht anschließen. Als ein Besatzungsmitglied verschwindet, breitet sich unter den Forschern Unbehagen aus.
Weil weitere Grabungen kein Ergebnis bringen, entschließt man sich, weiter stromaufwärts zur sogenannten Schwarzen Lagune zu fahren, aus der der bisherige Fund herausgespült worden sein könnte. Unbemerkt ist ihnen ein „Kiemenmensch“, der sowohl an Land als auch unter Wasser atmen kann, bis in die Lagune gefolgt. Der Kiemenmensch beobachtet unter Wasser, wie Kay Lawrence ein Bad in der Lagune nimmt und gerät in ein Fischernetz, aus dem er aber entkommen kann. Nachdem er zwei weitere Besatzungsmitglieder getötet hat, gelingt es den Forschern, ihn in einem Käfig zu fangen. In der Nacht kann er erneut entkommen und verletzt Dr. Thompson schwer.
Als sich die Forscher entschließen, die Expedition abzubrechen, finden sie den Ausgang der Lagune von Baumstämmen blockiert. David Reed versucht, die Blockade zu entfernen, wird aber vom Kiemenmenschen angegriffen. Dr. Williams ertrinkt beim Versuch, die Kreatur zu fangen. Kurz danach entführt der Kiemenmensch Kay in seine Höhle an Land. Bei der Befreiungsaktion wird er durch mehrere Gewehrschüsse verletzt und versinkt in den Tiefen der Schwarzen Lagune.
