James Doohan raakte voor altijd verbonden met het personage Scotty in Star Trek, compleet met het memorabele accent. Hij bracht de ingenieur voor het eerst tot leven in de originele serie die liep van 1966 tot 1969 en nam de rol later opnieuw op in verschillende speelfilms. Toch had Doohan al jaren acteerervaring opgebouwd voordat hij aan boord van de Enterprise stapte, en een van zijn laatste projecten vóór Star Trek plaatste hem in een andere baanbrekende sciencefictionproductie.
In Fantastic Voyage speelde Doohan Dr. Sawyer, een hypothermie-technicus. De film had Raquel Welch en Stephen Boyd in de hoofdrollen onder regie van Richard Fleischer. Hoewel de rol klein was, verbond hij Doohan met een ander stuk genre-geschiedenis naast zijn latere werk in de Star Trek-franchise.
Fantastic Voyage volgt wetenschapper Jan Benes, gespeeld door Jean Del Val, die technologie ontwikkelt om mensen en objecten tijdelijk te verkleinen. Nadat Benes overloopt uit communistisch Rusland en een aanslag overleeft, krimpen artsen een team en een nucleaire onderzeeër om zijn lichaam binnen te gaan en een gevaarlijk bloedstolsel in zijn hersenen te verwijderen. De verkleinde bemanning moet de missie voltooien en het lichaam verlaten voordat het effect omkeert.
Ten tijde van de release had Fantastic Voyage een aanzienlijk budget voor die tijd en behaalde het slechts matig succes aan de kassa. Herhaalde uitzendingen op televisie en latere homevideo-uitgaven hielpen zijn reputatie als geliefde sciencefictionfilm uit de jaren zestig te vestigen. Critici hebben de film sindsdien een sterke goedkeuringsscore van 91 procent gegeven op Rotten Tomatoes en prijzen de inventieve visuele effecten die kijkers nog decennia later imponeren.
Belangstelling voor een moderne versie dook op in de jaren 2010. Guillermo del Toro was ooit aangewezen om te regisseren, met James Cameron als producent. Andere prominente filmmakers volgden elkaar op voordat het project vastliep. De plannen vielen in duigen nadat del Toro besloot een langere pauze te nemen van het regisseren na het succes van The Shape of Water. Het concept blijft intrigerend gezien de vooruitgang in visuele-effectentechnologie.
Doohans optreden in Fantastic Voyage viel samen met het debuut van de originele Star Trek-serie. De timing hielp een lange reeks acteerrollen te lanceren die doorging tot in de vroege jaren 2000 tot aan zijn dood in 2005. Hoewel zijn rol in de film kort was, droeg hij bij aan het momentum dat hem naar een van de meest blijvende franchises van de televisie bracht.