地球に続発する怪奇現象の原因を解明するため、地球防衛軍内に科学警備隊が結成された。その隊員に選ばれたヒカリ超一郎は宇宙ステーションEGG3から地球へ帰還する途中、謎の赤い光と遭遇する。光の中で出会った「ウルトラマン」と名のる超人はヒカリと融合するが、ヒカリはそれを夢と思い込んでそのまま地球に向かった。

発電所を狙ってエネルギーを吸い取る巨大な竜巻が発生した。ムツミは竜巻の正体が怪獣であると睨みマルメと共に調査に赴くが、搭乗したバーディごと竜巻に飲み込まれてしまう。ヒカリはジョーニアスへと変身し、竜巻の中に突入する。

都市部に出現した怪獣・ワニゴドンをマルメは孤軍奮闘して倒した。しかし、飛散した細胞の一部が行方不明に。その細胞は凄い増殖力で24時間以内に巨大な怪獣へと成長するおそれがあるという。その頃、ワニの子どもの様な小さい生物がタカシ少年に拾われペットとして飼われいたが、やがて巨大な怪獣へと姿を変え…。

奇妙な赤い雲が出現し、科学警備隊はスーパーマードック号で現地に赴きド水分に戻そうと試みるが、雲はまるで意志があるかのように反撃する。採取した雲の一部をトベが調査した結果、それはただの雲ではなく生命体であることが突き止められた。やがて雨が振り出し、赤い雲は怪獣となって暴れ始める。

一晩で森から何千本という木が消失する奇妙な事件が発生。科学警備隊はアフリカゾーンから来日したヘンリー・ニシキと共に調査を開始する。パッセージャー号で地中へ突入すると、地底の空洞となっている空間で樹木を食べるタフギラスを発見する。

太平洋沖で起きた地震による津波から人々が避難するなか、謎の飛行物体が現れ火炎を浴びせるという事件が発生。ムツミは数億年前に生息していた怪獣の仕業ではないかと推察する。その直後、海底火山の爆発と共に溶岩怪獣ファイヤバドンが出現する。

科学警備隊の情報係ロボットのピグが、原因不明の危険信号を発信する。しかし実際には異常は見られなかった。ピグは自分が故障したと考え、最新型のロボットに後を任せ飛び出してしまう。ヒカリとムツミがピグを追跡すると、電子怪獣コンビューゴンが出現した。

ヒカリは未確認飛行物体を調査中に怪獣ミコノスに遭遇、ジョーニアスに変身して撃退する。後日、TV局にその戦いを撮影したフィルムの一部が届けられた。残りのフィルムには「ウルトラマンの秘密」が映されているという。ヒカリはフィルムを届けた男を追跡するが、それはバルタン星人の罠だった。

タマラ島の古代遺跡を訪れた調査員たちは、地下の洞窟で怪獣ドルフィーゴを目撃する。メンバーのうち3人が、ドルフィーゴに操られて怪光線を発射、破壊活動を開始した。科学警備隊が現地に到着するが、ドルフィーゴは3人を通じて島からの退去を要求する。

ザローム砂漠から日本への空間移動を試みる人気マジシャン・ジョージ佐竹。だが、東京の特設会場に現れたのは怪獣ザロームの半透明の姿だった。やがてザロームは実体化して住宅街に出現、ヒカリはジョーニアスへ変身、ミクロ化してザロームの体内へ飛び込んだ！

元地球防衛軍の技術者・大河原は、独自に開発した巨大ブルドーザー兵器ヘクトールを用いてヒマラヤ山脈の地中を掘り進み、怪獣退治に乗り出した。しかし、ヘクトールの中に液体怪獣が入り込み機械怪獣ヘクトールへと変貌、突如暴走を始める。

暴風雨に巻き込まれたタンカー2台が消失した。調査に乗り出した科学警備隊は、タンカーを襲う3匹の怪獣を発見する。三兄弟が一つの殻に同居している怪獣オプトの鳴き声を分析したピグは、末の弟サンと会話を試みる。

魚や人間が次々と石にされる事件が勃発する東北の竜神湖。湖に住む龍の伝説を知る木下は龍神祭を開催してその怒りを沈めようとする。科学警備隊は祭りの太鼓の音に反応して湖底に出現した怪獣ガラドラスを発見する。ガラドラスは、取材のヘリコプターのローラー音に刺激されて、ついに湖上にその姿を現した！

地球に接近する正体不明の星は、爬虫類を凶暴化させる放射線を出していた。地球防衛軍はミサイル攻撃を実施するが、星から出現した怪獣ザイクロンにより攻撃は失敗する。ジョーニアスはザイクロンに戦いを挑むべく、宇宙へ飛び立つ。

ヒカリは肝心なときに現場にいないとマルメに苦言を呈されていた。植物研究所に持ち込まれた卵から、怪獣ゴグランが出現する。ヒカリは自分の力で戦いたいとウルトラマンへの変身をやめるが、その最中マルメが負傷してしまう。

ポイント3166付近で島が沈んだとの報告を受け調査に向かった科学警備隊は、超豪華客船さふらん丸が航海中に奇妙な鳥を捕獲したとの情報を得て、同船を訪れる。船医がその奇妙な鳥に電気ショックを与えたところ巨大な怪鳥キングモアとなり、ムツミが連れ去られてしまう！

異常な進路を辿る謎の台風が発生した。ベータミーで台風の観測を続けていたトベは、砂漠に墜落したニシキ教授のヘリコプターを発見する。教授を救助した後、トベはさらに台風を追うが、ベータミーはトノサマバッタの大群に襲われる。

地球防衛軍極東ゾーン基地の喫茶室で働くユリ子の故郷、南浮小島にウミヘビ怪獣が出現した。故郷の父親に科学警備隊に入隊したと嘘をついているユリ子は、ムツミに替わってヒカリ、トベ、マルメと共に南浮小島へ向かう。

世界各国に出没した怪獣にジョーニアスは苦戦。力を振り絞りゲラドを倒すが、新たにジャニュールが出現する。エネルギーが切れたジョーニアスはその場を立ち去るが、アメリカに怪獣が出現し、戦いを挑む。しかしエネルギー不足のため力尽き、ヒカリも命を失う。そこへ巨大な円盤が襲来、ヒカリの亡骸を収容して飛び去った。

ウルトラの国・U40に運ばれたヒカリは蘇生手術でその命を取り戻す。ヒカリはジョーニアスの妹・アミアやエレク、ロトらウルトラ人と出会うが、ジョーニアスは地球でエネルギーを使い果たし、ヒカリと分離したまま回復できないでいた。そんななか、U40とバデル族の戦争が勃発する。

バデル族は暗黒星雲に住む伝説の怪獣バゴンを操ってU40を襲撃する。ヒカリはアミアと共にバデル族との戦いに挑むが戦闘機が撃墜され、ヒカリは脱出に成功するもののアミアは囚われの身となってしまう。ヒカリは回復したジョーニアスと再び一体化して戦いに挑む。

マルメの故郷で休暇を過ごす科学警備隊員たち。そこでは船が沈没する事件が頻発しており、マルメとトベが調査に行くがマルメが行方不明になってしまう。船の墓場で目覚めたマルメは不思議な声を聞く。それは異次元空間から落ちてきた怪獣ザーモスの声だった。

謎の飛行物体が旅客機、コンビナートを相次いで襲った。ヒカリの同期生である極東ゾーン航空班の青木が警備隊に協力することになったが、青木はEGG3勤務だったヒカリにライバル心を燃やし、チームワークが乱れ攻撃が失敗してしまう。

南アルプスに怪飛行物体が出現した。バーディで調査に向かったムツミの姿を、アルファ・ケンタウリ第1惑星の王女がコピーして科学警備隊へ潜入する。第5惑星の暗殺者に狙われていた王女は、地球へ逃げてきていたのだ。

アフリカの砂漠地帯で、黄色い風が吹き荒れる度に男たちが行方不明になる事件が続発していた。スーパーマードックで砂漠地帯へ赴いた科学警備隊。そこでヒカリは何かに取り憑かれたかのように黄色い風の中へ消えていった…。

世界各地で、海上から噴水が上がるなど奇妙な現象が起こっていた。ピグが解析した結果、地球自身から人類への退去要求のメッセージであることが判明する。地球を相手に戦えるのか？不安に陥る科学警備隊のメンバーだが…。

ウルトラの星・U40では宇宙悪魔バラドン星人の接近を察知。大賢者はエレクとロト、5人のウルトラ戦士を派遣させるが、バラドン星人の宇宙船はワープによって姿を消す。大賢者は地球のジョーニアスにウルトラ文字で警告を発する。

臨海工場地帯に出現した怪獣を捕獲した科学警備隊。そんな彼らの前に新しくゴンドウキャップが赴任してきた。しかし、キャップの不可解な命令に隊員たちは反発し、自分たちだけで行動することを決める。しかし、捕獲した怪獣が復活し、さらに新たな怪獣も出現して…。

侵略星人ジャダンが、無数のUFOを送りこんできた。宇宙防衛戦闘隊が大気圏外で迎え撃つが、地球への侵入を許してしまう。科学警備隊がUFOを撃墜したが、ジャダンは人間に乗り移り、極東ゾーン基地へと潜入しシステムを破壊、わらに怪獣ジャゴンへと姿を変える。

東京・奥多摩の遺跡から巨大生物の骨が発掘され、博物館で復元作業が進められた。しかし、その骨は怪獣スケルドンへと変化し、博物館を破壊して町へ向かう。毒ガスを吐くスケルドンを退治すべく、科学警備隊はスーパーマードックで出動した！

ジョーニアスの妹・アミアはヒカリに会うために単身地球へ向かう。U40での記憶がないヒカリに近づくため、地球人の女性・京子の身体を借りてアミアは再会を果たす。ヒカリは正体を知らぬまま京子に惹かれ2人は安らぎの時を過ごすが、2人の前に突如宇宙星獣ガルバドスが出現する！

バビラー星人は地球侵略のためのロボ怪獣・メガザウラを地球に送り込んだ。メガザウラは大気圏に突入と同時に分散し、パーツはバビラー星人が秘密裏に回収したが、そのひとつをヘンリー・ニシキ教授が入手して科学警備隊を訪れようとしていた。

太平洋沖で海底火山が爆発、続いて各地で地殻変動が続発した。原因究明のためマロイ島に赴いた科学警備隊は試作段階の地底タンク・パッセージャー2号で出動。地底で遭遇した軟体生物は、合体して怪獣ガミバへと変貌を遂げた！

宇宙海賊インベド人は、U40のウルトラ人が作った怪獣収容星のプリズンを強奪し、地球侵略を企てる。ジョーニアスはプリズンから地球へ侵入した宇宙怪獣ゴードリアンを撃退するが、インベド人によってさらに複数の怪獣が地球に送り込まれる。

インベド人が送り込んだ怪獣との戦いでジョーニアスはエネルギーを使い果たし、ヒカリも重傷を負う。また、ムツミ隊員も怪獣軍団を迎撃する中で敵の攻撃を受け意識不明となる。怪獣軍団の猛攻が続く絶体絶命のピンチに、U40の戦士・エレクとロトが地球に駆けつける！

南アルプス一帯に起きた異常寒波の原因究明のため、極東ゾーンの気象観測調査班と共にヒカリとムツミは南アルプスに赴く。村人から狼を連れた雪女の目撃情報を得て調査に出掛けた2人は猛吹雪の中、狼の遠吠えが聞こえる方向へスノーモービルを走らせるが、そこで怪獣ダランチュラスの攻撃を受ける。

南極の氷の下から出現したウルトリアに乗り込んだアミアは、ジョーニアスと戦う怪獣を一撃で粉砕した。アミアからウルトリアを託された科学警備隊はU40の奪還への協力を約束する。一方、ヘラー軍団の最高司令官ロイガーはウルトリアを強奪すべく地球に襲来する。

ヘラー軍団のロイガーは、エネルギーを吸い取り人間をミイラ化させてしまう恐るべき宇宙生物・ヘルキャットを宇宙ステーション・EGG3へ送り込む。ウルトリアで調査に向かった科学特捜隊はEGG3内で、ミイラ化した乗員と、ヘルキャットを発見する。

オペルニクス星の少年・フェデリコはロイガーから地球人が凶悪な存在だと吹き込まれペットの怪獣オロラーンを率いて地球の都市を破壊するが、ジョーニアスに撃退される。その後、ムツミと出会ったフェデリコはロイガーに騙されていたことに気づくが、オロラーンはヘラー軍団によって凶悪な怪獣へと改造されてしまう…。

回転怪獣ギロスが出現し科学警備隊が出動するが、ヒカリの乗ったバーディは怪獣の起こす竜巻で墜落。脱出したヒカリは変身しようとするが、そこになぜかジョーニアスが現れ、ギロスを退ける。喜ぶ隊員たちだが、ヒカリは謎のジョーニアスの存在に悩む。

謎の動く島が目撃されたポイント4097を調査中、ムツミは立ち寄ったタンカーと島の衝突事故に巻き込まれ行方不明になってしまう。宇宙ハンター・ハタリに助けられたムツミは、動く島はハタリの巨大戦艦で、彼がウルトラマンを捕獲するために地球へ来たことを知る。

宇宙空間で回収された謎の無人宇宙船は、調査の結果、ヘラー軍団が開発した物質電送機の受信機であることが判明した。やがて、ヘラー軍団のロイガーより地球侵略前線基地から電送機に入れられて怪獣が送信されるが…！

サイエン星人の宇宙船から多数のロケット弾が次々と地球に撃ち込まれ、中から狂暴な怪獣が出現する。ウルトリアは発射地点めざして出撃するが、その途中、科学警備隊と共に乗艦したヘンリー・ニシキはウルトリアに隠された秘密を発見する。

地球防衛軍201部隊を乗せた輸送機が北方基地から極東ゾーンへ帰還したが、隊長をはじめ、隊員たち50人の様子が何かおかしい。その直後、基地の発電室が何者かの手によって爆破される。隊員たちになりすましたアンドロイドの手によって、基地内に爆弾が仕掛けられていたのだ。

トベとマルメは、ウルトラマンだけがキャッチできる特別な電波を発する通信機を作り出した。そのおかげで、ヒカリの秘密がばれそうになってしまう。ヒカリはメカ怪獣ゲドンとの戦いの中で重傷を負ったムツミを救護するが、ゲドンの猛攻を止めるべく変身して戦う。隊員たちは、ムツミから目を離したヒカリを厳しく非難する。

地球の各都市がヘラー軍団の攻撃を受けるなか、危険を冒してアミアが地球へ飛来した。アミアは土星の衛星タイターンにヘラー軍団の地球侵略前線基地があることを伝え、ウルトリアでの攻撃を要請する。地球とU40に、いよいよヘラー軍団との最終決戦の時がやってくる。

科学警備隊はタイターンをつきとめ、猛攻撃を開始する。アミアとヒカリ、そしてマルメはスペースバーディでタイターンに降り立つが、アミアとマルメはロイガーに捕らえられ、ウルトラマンも怪獣に苦戦を強いられる…。

科学警備隊はU40のウルトラ艦隊と合流しヘラーシティへ潜入するが捕まってしまう。ヘラーは科学警備隊の誰かがジョーニアスだと言い放つが、ヒカリの中にジョーニアスはいなかった。そして捕らわれの大賢者に最大の危険が迫る…。

大賢者はヘラーによって原子分解されてしまったが、宇宙では、ヒカリと分離したジョーニアスがヘラー艦隊と戦う姿があった。科学警備隊は団結しヘラー軍団に再び戦いを挑む。ヒカリは防衛タワーのコントロールルームを破壊する際に爆発に巻き込まれて落下するが、そこにジョーニアスが飛来し再び一体化する！