Il celebre archeologo Dottor Corallo conduce una spedizione di ricerca che giunge fino a toccare l'Antartide, un azzardo che si rivela per lui fatale perché improvvisamente emerge dal mare una strana creatura robotica che affonda in breve tempo la nave su cui viaggiava. Di tutto l'equipaggio, l'unica a sopravvivere è la giovane figlia del professore, Maria (che nella versione originale giapponese è presentata come di nazionalità italiana), la quale è soccorsa e portata in salvo dal Dottor Steele, membro di rilievo della comunità scientifica internazionale che transitava proprio in quel momento nella zona per collaudare una delle sue ultime invenzioni, l' Ipermacchina, ovvero una sorta di disco volante.
A bordo del mezzo del Dottor Steele sono presenti anche altri due protagonisti della serie: Terry, un adolescente avventuroso figlio del dottore, e lo sbadato e incapace assistente Gaby (pauroso, grassoccio e costantemente affamato, a volte intento nel sollevamento pesi) che dà un tocco comico alla vicenda. Saranno di lì a breve vittime di un attacco: nella zona è infatti celata una delle basi segrete del perfido Dottor Zero, un geniale scienziato pazzo ossessionato dal desiderio di conquistare il mondo intero e sottometterlo alla sua volontà.
Nel corso della loro fuga, a corto d'acqua dolce necessaria per il buon funzionamento dei motori dell'ipermacchina, i nostri eroi atterrano casualmente nella perduta isola di Atlantide, tornata da poco in superficie a causa di un'improvvisa eruzione vulcanica. Si mettono subito alla ricerca del prezioso liquido, ma neppure qui si trovano al sicuro e sono nuovamente attaccati da un mostro a forma di mano gigante creato da Zero, lo stesso che aveva affondato la nave su cui viaggiava il Dottor Corallo.
Fuggendo, seguono antichi ideogrammi che solo in parte Maria riesce a tradurre. Giunti a un sepolcro antichissimo, alcuni geroglifici lì incisi rivelano che ogni diecimila anni un grande male giunge a minacciare la Terra ed è proprio allora che risulta indispensabile richiamare alla vita il guerriero celato all'interno del sarcofago, poiché solo lui sarebbe stato in grado di sconfiggerlo definitivamente. Credendo di attivare un qualche genere di meccanismo e seguendo le istruzioni tradotte, versano delle gocce d'acqua all'interno del sarcofago riportando così alla vita Fantaman, l'eroe della giustizia: egli è il terrore dei criminali dell'antichità e d'ora in avanti proteggerà il gruppo di Maria e il mondo intero dalle mire diaboliche del Dottor Zero e del suo perfido aiutante Gorgo.
Ogni qualvolta i nostri eroi si troveranno in pericolo o in difficoltà, a Maria è affidato il compito d'implorare l'aiuto di Fantaman, il quale apparirà sempre preceduto da un pipistrello d'oro e da una grande risata sardonica.
* Fantaman: il suo corpo è completamente dorato e il volto è a forma di teschio. Indossa un mantello nero (rosso dal lato interno) con un colletto alto, è armato di uno scettro (del tutto simile ad un bastone da passeggio) che può usare come un'arma bianca e con il quale è in grado di evocare fulmini e causare piccoli terremoti. Possiede una forza sovrumana, è in grado di volare ed è quasi del tutto invulnerabile; il suo unico punto debole è la disidratazione. La sua presenza è preannunciata da un pipistrello dorato in volo (sorto da un piccolo tatuaggio posto sul braccio di Fantaman), seguito da una gran risata sardonica che riverbera tutt'attorno. Fantaman era uno degli antichissimi imperatori di Atlantide, messo poi in uno stato di animazione sospesa all'interno di un sarcofago nell'attesa d'essere risvegliato in un futuro lontano da un cuore puro per combattere le forze oscure. L'iscrizione posta sul coperchio del suo sarcofago lo descrive come "un dio della giustizia e protettore dei deboli".
* Dottor Corallo: sbadato padre di Maria, nonché celebre archeologo. Il suo obiettivo è quello di ritrovare l'antica città d'Atlantide, rimasta sepolta fino ad allora sotto i ghiacci del Polo sud. Morirà nel primo episodio.
* Maria Corallo: figlia del Dottor Corallo e amante degli animali, è l'unica persona in grado di richiamare Fantaman attraverso una preghiera.
* Dottor Steele: famoso scienziato che persegue la causa del bene e della pace nel mondo.
* Terry Steele: figlio del Dottor Steele, segue il padre in tutte le sue missioni.
* Gaby: assistente del Dottor Steele e amico di Terry e Maria, ha un aspetto grande e goffo e, pur essendo molto forte, è anche molto pauroso.
* Dottor Zero: capo di un'organizzazione criminale con lo scopo di conquistare l'intero pianeta per realizzare così le sue brame di potenza assoluta. È presumibilmente privo di gambe e si muove utilizzando una sorta di mini-UFO. Al posto della mano sinistra ha una tenaglia metallica a forma d'uncino, indossa una maschera nera con due piccole orecchie animali e quattro occhi felini di colori differenti, da ciascuno dei quali può sparare un differente tipo di raggio mortale. Nell'adattamento italiano, il suo grido di battaglia (nonché vero e proprio tormentone) è "Il mondo è mio!". Sembra morire nell'ultimo episodio.
* Gorgo: braccio destro di Zero, indossa una tunica e porta i capelli pettinati all'indietro con una piccola cresta; anche se molto cattivo è abbastanza inetto e vigliacco. In quasi tutti gli episodi gli viene dato dell'idiota dal Dottor Zero.
Spettro Nero (Dottor Morte): è l'antico rivale di Fantaman. Il suo aspetto è identico a quello dell'eroe, ma di colore grigio scuro con mantello e stivali neri; è dotato degli stessi poteri di Fantaman e parla molto più spesso di lui. Dopo vari combattimenti, viene definitivamente sconfitto nell'ultimo episodio.