Pilot Frank Towns soll die Mannschaft einer entlegenen und unprofitablen Ölbohr-Station ausfliegen. Die Maschine wird eilig beladen, mit verschiedenem Material und unterschiedlichsten Menschen. Dann startet der metallene Vogel auch schon wieder, nur um wenige Minuten später abzustürzen. Jetzt sitzen sie fest, in den endlosen Sanddünen der Wüste Gobi, mit Proviant, der gerade mal für 30 Tage reicht. Die Zeit drängt, die Menschen streiten, und mittendrin bastelt Technikfreak Elliott an einem neuen Flugzeug.

In einer alternativen Realität, gegen Ende der 1930er Jahre: New York wird von einer Welle von Angriffen durch gigantische Flugroboter überschwemmt, während überall auf der Welt Top-Wissenschaftler verschwinden. Die Reporterin Polly Perkins, die dem mysteriösen Wissenschaftler-Schwund auf den Grund zu gehen versucht, schließt sich mit ihrem Ex Joseph "Sky Captain" Sullivan und der liebreizenden Captain Franky Cook zusammen, um in Nepal dem bösen bösen Dr. Totenkopf das Handwerk zu legen, dessen Ziel - selbstverständlich - die Vernichtung der Welt ist.