En l'an 40 000. Sur ordre du président de la Terre, la jeune Barbarella doit retarder ses vacances sur Vénus pour tenter de retrouver et d'arrêter le redoutable professeur Durand Durand, qui vient de mettre au point une arme effroyable : le rayon positronique, aussi appelé «polyrayon 4», qui met en danger l'équilibre de l'amour universel. Un atterrissage forcé sur Lytheion vaut à Barbarella d'être capturée par deux gamines qui la livrent à des poupées-robots. La jeune femme est sauvée par l'intervention de Mark Hand. Elle apprend en outre que Durand Durand se trouve sur la planète Sogo, sur laquelle son appareil s'écrase. La malheureuse tombe entre les griffes de la féroce Reine noire...