Индиана намеревается отправиться в путешествие и поискать себе новое место где-нибудь, где нет «охоты на ведьм», но в последний момент его буквально снимает с поезда нагловатый парень-стиляга, называвшийся Мэттом «Псом» Уильямсом. Мэтт просит профессора Джонса о помощи — друг его матери, старый коллега и когда-то близкий друг самого Джонса Гарольд Оксли, старина Окс, пропал где-то в Перу, успев переслать Мэтту письмо, в котором содержатся ребусы в виде каких-то неизвестных иероглифов. Индиана, знавший, что всю свою жизнь Окс занимался поиском таинственного золотого города Акатора, который больше известен под названием Эльдорадо, предположительно находящегося на территории Перу, так же связывает с исчезновением Оксли и феномен хрустального черепа — загадочных артефактов, связанных с доколумбовыми цивилизациями Южной Америки — майя, ацтеков и наска.

Индиана и Мэтт отправляются в Перу, где в одном из городов, расположенном на знаменитых геоглифах Наски находят следы Окса. Как им становится известно, Окса в полубезумном состоянии подобрали монахини, опекающие приют для душевнобольных. Однако через некоторое время какие-то люди пришли и забрали Оксли из приюта. Осматривая камеру, где содержался Оксли, Джонс и Мэтт обнаруживают множество надписей «возвращение» и несколько рисунков черепа с огромными глазницами и причудливой вытянутой формой — именно такую форму древние наска искусственным образом придавали своим головам, с детства сжимая черепную коробку досками. Таким образом люди цивилизации наска хотели стать похожими на богов. Под слоем же пыли и песка на полу камеры профессор Джонс обнаруживает ещё карту, которая приведёт его и Мэтта к усыпальнице Франсиско де Орельяно, сподвижника Франсиско Писсарро, который отправился когда-то на поиски Эльдорадо и, как считалось до этого момента, пропал без следа со своими спутниками в джунглях Амазонки.

Поражённый находкой, Индиана, тем не менее, вынужден признать, что первым обнаружил гробницу именно Оксли — ряд следов указывает даже на то, что Окс умудрился побывать там дважды. Но ради чего? Ответ находится рядом с мумией де Орельяно — профессор Джонс обнаруживает хрустальный череп вытянутой формы. Уникальная находка явна нерукотворная, к тому же обладает странными свойствами — например довольно сильным магнитным излучением… Вспомнив о надписях «возвращение» в камере Оксли, Индиана приходит к выводу, что его друг забирал череп, но через некоторое время вернул его на место.

Джонс решает все-таки забрать с собой таинственную находку, но на выходе из гробницы де Орельяно его и Мэтта ждёт неприятный сюрприз: предатель Мак и советские военные. Вскоре Джонс, препровождённый с Мэттом в лагерь русских, разбитый в джунглях, вновь сталкивается и с агентом Спалько. Ирина демонстрирует Джонсу тело существа, имеющего, по мнению Ирины, внеземное происхождение — это те самые останки, которые Джонс совсем недавно помог отыскать на секретном складе. Из тела извлечён скелет, и Ирина полагает, что этот скелет был хрустальным. Агент Спалько одержима всем паранормальным, она уверена, что существа, построившие 7 тысяч лет назад таинственный Акатор, используя при этом технологии, появившиеся значительно позднее, имеют внеземное происхождение. Ирина ищет Акатор-Эльдорадо не ради золота, а ради тайного знания этих существ, которое сокрыто в главном храме. По легенде тот, кто вернёт хрустальный череп в святилище — обретёт огромную власть.