Buckaroo Banzai, un prestigioso científico, neurocirujano, piloto de carreras, cantante de rock y héroe de cómics, en una de sus investigaciones, abre una puerta a otra dimensión. El problema es que la referida dimensión está siendo empleada como cárcel por una raza alienígena, y la Tierra se ve amenazada de ser invadida o destruida por la policía alienígena. De modo que Buckaroo, con ayuda de su guardaespaldas, sus colegas científicos, el grupo de rock, algunos de sus fans, un embajador alienígena y un cantante de country tejano tomará cartas en el asunto.

El temperamental piloto Tuck Pendelton (Dennis Quaid) se presta voluntario para un experimento que consiste en miniaturizarle en el interior de una cápsula que debe ser introducida en un conejo. Pero unos delincuentes intentan apropiarse del invento, y Pendelton acaba por casualidad en el interior de un ser humano hipocondríaco llamado Jack Putter (Martin Short). A partir de ahí, ambos se verán obligados a colaborar para conseguir que Tuck pueda salir del cuerpo de Jack.

El Rey, Elvis Presley, va a reaparecer en Las Vegas... Antes del concierto, en un hotel de ciudad, a Elvis le vuelven recuerdos de su pasado, de su rebelde juventud, de sus primeros días en Menphis, su escalada a la fama y a la fortuna y, sobre todo, recuerda a su verdadero amor, Priscilla.