台風により日本の貨物船第二玄洋丸が座礁沈没する。乗組員はロリシカ国の水爆実験によって放射能に汚染されたインファント島に漂着し、後に救助されたが、不思議なことに放射線障害が見られなかった。スクープ取材のため、乗組員たちが収容された病院に潜入した日東新聞記者の福田善一郎は、カメラマンである花村ミチともども原田博士に注意されながらも、原水爆実験場であるはずのインファント島に原住民がいることを知る。
当初、ロリシカ国は原住民の存在自体を否定したが、急遽日ロ合同調査隊の派遣を決定。福田は調査団員の言語学者である中條信一と接触する。インファント島調査隊の見送りが盛大に行われる中、福田は調査団の船に無断侵入する。記者活動を行わないことを条件に臨時の警備員としての参加を認められるが、ロリシカ国側事務局長のクラーク・ネルソンは、参加する科学者たちの収集資料のすべての提出を求めたりと、科学調査隊としては極めて不審な行動をとる人物だった。
その頃、ネルソンは直属の部下を率いてインファント島を再訪していた。彼の目的は小美人そのものであった。特徴的なサイレンの音に姿を現した小美人たちをそのまま誘拐し、助けようとした原住民に容赦なく発砲する。石を鳴らして相手を威嚇するしか術のない彼らは次々に倒れていくが、ネルソンたちが去った後で洞窟に崩れ落ちた老人が祈るように「モスラ…」とつぶやく。その祈りに応えるかのように、洞窟の奥の祭壇が崩れ落ち、虹色の巨卵が出現した。
天野貞勝編集長により、東京で評判になっていた「妖精ショー」の主催者があのネルソンであることを知った福田や中條、花村らは、興行師であったネルソンによって小美人たちが囚われの身となったことを知り、抗議に赴く。観客として「妖精ショー」を見た彼らは、意味は分からないが印象的な小美人たちの歌声の中の「モスラ」という言葉に魅かれる。小美人たちの歌声は単なる歌ではなく、インファント島の守護神モスラの再生=誕生を促す祈りが込められていた。同日同刻、はるか異国の小美人たちの歌声にシンクロして、インファント島でも原住民たちの儀式が最高潮に達しようとしていた。そして虹色の卵を破り、モスラが孵化する。