Waar een hedendaagse actiefilm zou beginnen met dat treinongeluk - desnoods als flashforward - neemt Abrams eerst ruim de tijd om die personages te introduceren. Begin 1979 komt de moeder van de dertienjarige Joe Lamb te overlijden bij een bedrijfsongeval. Hij blijft over met zijn afstandelijke vader, de hulpsheriff van hun stadje in Ohio. In de zomermaanden vindt Joe afleiding door samen met vier vrienden te werken aan een eigen zombiefilm, met echte kostuums, vindingrijke special-effects én een aantrekkelijke hoofdrolspeelster: de twee jaar oudere Alice.

Tijdens de nachtelijke opnames op een afgelegen stationnetje, zijn de zes jongeren getuige van een desastreuze botsing tussen een voorbijrazende goederentrein en een pick-up truck, bestuurd door hun leraar biologie. Ze weten ternauwernood te ontkomen, vlak voordat het Amerikaanse leger ter plaatse is. De dagen na het ongeluk worden getekend door raadselachtige gebeurtenissen. De sheriff verdwijnt spoorloos en Joe's vader krijgt zijn handen vol aan alle aangiften van vermiste honden, gestolen keukenapparatuur en grote gaten in de grond. Terwijl Joe en zijn vrienden hun amateurfilm afmaken tegen de achtergrond van de geheime operatie die het leger uitvoert, proberen ze te ontdekken wat er nou precies gaande is.