Depuis que son père, physicien de renom, a scandalisé la communauté scientifique de Londres par ses expériences effrayantes, l'existence de Juliette Moreau a radicalement changé. Pensant son père mort, elle est désormais employée comme domestique à l'université. La jeune fille doit aussi apprendre à survivre seule dans l'atmosphère sombre et dangereuse de la ville. Lorsqu'elle retrouve par hasard Montgomery, son ami d'enfance et assistant de son père, Juliette apprend que le docteur Moreau est toujours en vie et s'est isolé sur une île du Pacifique afin de poursuivre ses expérimentations.
Est-il vraiment le fou qu'on l'accuse d'être, ou un génie incompris ? Juliette décide d'accompagner Montgomery sur l'île pour découvrir elle-même la réponse. Durant la traversée, leur bateau recueille un naufragé, Edward Prince, un jeune homme mystérieux et taciturne, qui n'a d'autre choix que de les suivre sur l'île. Juliette s'aperçoit alors que les recherches de son père l'ont conduit à créer des monstres, mi-hommes, mi-bêtes, qu'il tente de pousser à dépasser leur condition animale.
Tandis qu'à l'extérieur de leur campement, le danger rôde, car l'une des créatures tue sans relâche, Juliette découvre peu à peu, prise entre horreur et curiosité scientifique, qu'elle aussi fait partie de ce terrifiant secret.