Au Nouveau-Mexique, au début du XXe siècle, Carlos, un bohémien, vend au cirque de T.J. Breckenridge un cheval de taille minuscule. C'est son frère qui a découvert l'équidé au cours d'une expédition qui lui a coûté la vie, dans une vallée réputée maudite. Bromley, un paléontologue anglais qui fait des fouilles non loin de là, est fasciné par l'animal. Selon lui, il s'agit d'un «eohippu», race disparue depuis cinquante millions d'années. Il décide de se rendre dans la vallée où subsistent peut-être d'autres spécimens. Mais, une nuit, l'animal est volé. T.J., son ancien partenaire, Tuck Kirby, et le paléontologue partent à sa recherche. Ils sont ainsi amenés à pénétrer dans la vallée interdite.