New York, 1984. Peter Venkman, Raymond Stantz ed Egon Spengler, tre ricercatori universitari in parapsicologia, studiano da tempo, ma con scarsi risultati, i fenomeni paranormali. Contattati dalla Biblioteca Pubblica di New York sulla 5ª strada, si trovano per la prima volta faccia a faccia con un ectoplasma, quello dell'ex bibliotecaria Eleanor Twitty, la "Signora in Grigio". Raccolti dei campioni, iniziano a valutare le potenzialità della scoperta, proprio mentre vengono cacciati dal rettore dell'Università per mancanza di risultati nei rispettivi ambiti di ricerca. Convinto Ray a mettere un'ipoteca sulla sua casa d'infanzia, con i soldi ottenuti i tre intraprendono la loro nuova e avveniristica attività: quella di acchiappafantasmi a pagamento. Con il genio di Egon mettono a punto apparecchiature sofisticate e tecnologie all'avanguardia come lo zaino protonico, in grado di catturare l'energia psicocinetica dei fantasmi tramite flussi di particelle, il rilevatore di energia psicocinetica che serve a rilevarla e le ghost-trap, in grado di intrappolarli. I tre quindi acquistano un palazzo cadente, già sede dei Vigili del Fuoco, come loro quartier generale e una vecchia ambulanza,[1] modificandola secondo le loro esigenze e divenuta celebre come Ecto 1 (dal numero di targa). A questo punto non resta loro che attendere le prime telefonate, che però tardano ad arrivare. L'unica cliente è Dana Barret, una violoncellista che nel frigorifero di casa vede strane apparizioni di creature mostruose che pronunciano un nome: "zuul". Finalmente ricevono una chiamata da un grande albergo di lusso del centro, il Sedgewick Hotel, infestato da un ingordo ectoplasma verde (Slimer) al dodicesimo piano dove i tre possono testare gli zaini protonici: dopo essersi divisi, il primo ad incontrarlo è Ray che tenta di prenderlo mentre si ingozza di dolci, il secondo sarà Venkman che avrà un contatto fisico e maleodorante con lo spettro. I tre lo seguiranno e lo cattureranno nella sala da ballo dove testano anche le trappole, causando però parecchi danni con gli zaini. Da allora le chiamate aumentano sempre più e gli "Acchiappafantasmi" cominciano a ripulire la città dagli spiriti e spiritelli che stanno terrorizzando i cittadini, ottenendo in breve tempo grande successo e popolarità (compaiono infatti in TV, sulle copertine di USA Today, del Time e ne parla Larry King nel suo show assieme ad altri famosi giornalisti). Per far fronte alla sempre maggiore mole di lavoro viene anche assunto un ulteriore membro della squadra, Winston Zeddemore (Ernie Hudson). Ben presto, però, i quattro devono fare i conti con una minaccia ancora più grande: il funzionario del Dipartimento dell'Ambiente Walter Peck, giudicando il lavoro degli Acchiappafantasmi nocivo e pericoloso, riesce a togliere energia al "dispositivo di stoccaggio" in cui erano imprigionati tutti i fantasmi catturati fino ad allora, liberandoli. In città si diffonde il panico e i quattro vengono arrestati. Nel frattempo Gozer, una divinità sumera del 6000 a.C., sta per reincarnarsi e tornare sulla Terra e per questo i suoi due adoratori, Zuul il Guardia di Porta e Vinz Clortho il Mastro di Chiavi, iniziano a "possedere" rispettivamente Dana e il suo vicino Louis sotto forma di cani infernali. Rinchiusi in cella, Ray ed Egon hanno il tempo di capire la situazione. Un pazzo e geniale architetto, di nome Ivo Shandor, capo di una setta devota a Gozer, aveva costruito il palazzo di Dana -che si scopre infine essere una gigantesca antenna spirituale- in un punto particolare in maniera da far confluire lì l'energia ectoplasmatica, così da richiamare Gozer per porre fine a questa società, giudicata troppo marcia per continuare a sopravvivere. L'unica speranza è raggiungere la sommità del palazzo e fermare la maligna divinità. Ottenuto l'appoggio del sindaco, scortati dalle forze dell'ordine fino all'edificio e scalatolo fino alla cima, gli eroi si ritrovano di fronte a Dana e Louis trasformati nei mostruosi quadrupedi che rispondono al richiamo di una creatura simile ad una donna davanti ad un portale che porta ad un'altra dimensione. Ray tenta di comunicare ma i quattro vengono attaccati dai fulmini della semidivinità. Dopo averla "neutralizzata" con gli zaini protonici, Gozer dà la possibilità ai quattro di scegliere la forma fisica della calamità con la quale essere distrutti. Per evitare di rispondere, gli Acchiappafantasmi non pensano a nulla, ma inavvertitamente a Ray viene in mente la simpatica e innocua mascotte dei suoi marshmallow preferiti. Ed ecco che Gozer si materializza sotto forma di Stay Puft Marshmallow Man, tenero ma gigantesco e minaccioso pupazzo vestito da marinaio, che inizia a distruggere la città. I quattro fanno fuoco, incendiandolo, e il gigante infuriato tenta di arrampicarsi sul palazzo per ucciderli. L'unica soluzione è allora quella di incrociare i flussi delle loro armi, un'azione ad altissimo rischio che era stata tassativamente sconsigliata da Egon, verso il portale da cui Gozer è entrato nel nostro mondo. Ciò causa una potente esplosione che scioglie il Pupazzo Marshmallow, il quale si liquefà divenendo fondente di zucchero che inonda Manhatthan. Dana e Louis vengono liberati dalla corazza carbonizzata e Venkman si riunisce con la sua amata. Salvata New York, esploso il pupazzo della pubblicità dei marshmallow e liberati Dana e Louis dalle sembianze di Zuul e Vinz Clortho, i quattro vengono accolti dalle ovazioni dell'intera cittadinanza e diventano i nuovi eroi sulla scena. Il film si conclude con i quattro Ghostbusters che tornano alla caserma acclamati dalla folla e Slimer che vola urlando verso la quarta parete.