バース島の地層に含まれる高純度の天然ウランが熱水噴射で急激な核分裂反応を起こしたことによって島が消滅し、その影響で帰巣本能に異常をきたしたうえ、体内炉心の核エネルギーが暴走して異常に体内核分裂が活性化したことにより、核兵器よりも巨大な核爆発エネルギーを持った状態となる。その後、暴走状態のままで後述のゴジラジュニアを追って香港を襲撃するが、本来は青色だった放射熱線の色が異常な体内温度が反映されて赤くなったうえ、全身が高熱を帯びており、背びれや体表が超高熱で赤熱化して体内の水分が蒸発し、蒸気が噴き出すという異様な姿であった。
終盤では羽田空港に上陸してジュニアと邂逅するが、その直後にデストロイアにジュニアを殺害され、新滑走路のビッグバードで虫の息になっていたジュニアにエネルギーを与え、怒り狂って暴走状態のままでデストロイアに襲いかかる。不安定ながらも圧倒的なパワーでデストロイアを追い詰めていき、デストロイアはゴジラの猛攻に耐えきれず逃亡しようとしたところを自衛隊の追撃で倒されるが、ゴジラはついにメルトダウンを起こす。この最終決戦ではすべての技が異常に強化されており、放射熱線はオレンジがかった色で螺旋状にエネルギーを巻き、体内放射は周囲一帯を焼き尽くすほどの威力と化していた。
最後は、メルトダウンによる被害を最小限に留めようとする自衛隊の超低温レーザーや冷凍弾による攻撃に遭いながら、臨海副都心を中心に異常な量の放射能を撒き散らしつつ自らのエネルギーで融解し、消滅した。その直後、撒き散らされた高濃度の放射能をジュニアが吸収し、ゴジラと同じ姿に成長して復活する。
撮影・演出（vsデストロイア）.
初期のスチール撮影では、バーニングゴジラが未公表であったため、通常のゴジラのスーツで撮影を行っている。劇中ではシリーズで初めて通常のゴジラが登場しない作品となった。
蒸気には炭酸ガスが使用されたが、撮影テスト中には薩摩剣八郎がスーツ内に充満したガスによる酸欠で倒れ、不整脈に見舞われる事故もあった。そのほか、感電の危険性もあったという。それ以降、薩摩は酸素ボンベを装着して演じていた。造型を担当した贄田直樹らは、プール撮影の前日は不安で眠れなかったという。