Le docteur Eleanor « Ellie » Arroway (Jodie Foster) est une scientifique talentueuse, qui a été encouragée à poursuivre ses passions pour la radio-télécommunication et l'astronomie par son père Theodore (David Morse) qui meurt alors qu'elle n'était âgée que de 9 ans. Elle travaille pour le programme SETI à l'observatoire d'Arecibo au Porto Rico, recherchant avec ses collègues des signaux radios d'origine extraterrestre. Toutefois, le scientifique gouvernemental David Drumlin (Tom Skerritt) coupe le financement du programme SETI qu'il juge futile. Arroway obtient un financement du milliardaire S.R. Hadden (John Hurt) pour continuer son travail de recherche au Very Large Array situé au Nouveau-Mexique.
Neuf aliens ayant l’apparence humaine se sont enfuis de leur planète d’origine, Lorien, pour se cacher sur Terre. Leur planète a en effet été détruite par d’autres extraterrestres, les Mogadoriens, qui les pourchassent par la suite sur la planète bleue. Les neuf aliens, chacun désigné par un numéro, possèdent leur propre gardien et vont développer des super-pouvoirs en atteignant l’âge adulte. Grâce à un sortilège lancé par un sage de leur planète, les derniers survivants de Lorien ne peuvent être tués que dans l’ordre croissant des numéros. Un, Deux et Trois ont déjà été tués.
À travers une histoire qui se déroule sur cinq siècles dans plusieurs espaces temps, des êtres se croisent et se retrouvent d’une vie à l’autre, naissant et renaissant successivement… Tandis que leurs décisions ont des conséquences sur leur parcours, dans le passé, le présent et l’avenir lointain, un tueur devient un héros et un seul acte de générosité suffit à entraîner des répercussions pendant plusieurs siècles et à provoquer une révolution. Tout, absolument tout, est lié.
Issu d’un quartier populaire et réputé pour sa spontanéité, David Norris est, malgré son jeune âge, favori aux élections sénatoriales de New York. Cependant, une photo où il montre ses fesses au cours d’une soirée d’anciens élèves est publiée dans un journal, ce qui lui coûte la victoire.
Dans le futur, une attaque d'aliens est repoussée au prix de dix millions de morts humains. Les forces armées, et notamment leur recrutement deviennent primordiales. Le jeune surdoué Ender est enrôlé dans une école de guerre spatiale où, sous la férule du colonel Graff, il se prépare à devenir un commandant.
New York, 1899. Alexander Hartdegen, brillant professeur à l'université Columbia est obsédé avec le voyage à travers le temps. Il croit que c'est théoriquement possible et, dans ses classes à l'université, il entre parfois en conflit avec d'autres professeurs par sa pensée libre. Il maintient une correspondance sur le sujet avec Albert Einstein lui-même, un employé de l'époque à l’office des brevets en Europe.
Dans un futur lointain, les pays de la Terre se sont regroupés au sein de la Fédération, un gouvernement mondial. Cette Fédération se lance alors dans la conquête de l’espace. Les terriens colonisent des planètes et explorent de nouveaux systèmes planétaires. Ils entrent également en relation avec des civilisations extraterrestres. Petit à petit, ils se trouvent menacés par l’une d'entre elles, la belliqueuse civilisation des Arachnides. En effet cette race d’insectes géants lance des attaques ponctuelles depuis son système de Klendathu.
Michael Jennings est un ingénieur spécialiste en rétro-ingénierie qui travaille sur des dossiers confidentiels et des techniques de pointe. Par contrat, sa mémoire est effacée après chaque mission et il oublie tout ce qui s'est passé dans ce laps de temps. Il accepte un contrat de trois ans qui devrait lui permettre de gagner suffisamment d'argent pour prendre sa retraite. Mais une fois sa mémoire effacée, il découvre qu'il a renoncé à l'argent en échange d'une simple enveloppe contenant des objets dérisoires, et constate que le FBI et des tueurs privés sont à ses trousses. En cavale, il va essayer de reconstruire le puzzle des trois années écoulées.
1794. Victor Frankenstein est un jeune savant de Genève apparemment normal, mais la folie qui l'agite intérieurement va le pousser à commettre l'acte sacrilège, celui qui défie Dieu : la création d'un être à partir de morceaux de cadavres. La Créature vit, effrayante et puissante. Réalisant la portée de son acte, Frankenstein veut s'en débarrasser mais il est trop tard : la Créature s'enfuit...
La Terre subit une invasion extraterrestre. les humains nomment les extraterrestres « les Autres ». Le plan d'invasion des Autres pour s'approprier la Terre se déroule en plusieurs étapes. Les « Vagues » correspondent aux différentes étapes. La première vague est une impulsion électromagnétique qui détruit toute source électrique et les composants électroniques. Cassie Sullivan, est une américaine de 17 ans. Elle a un frère Sammy plus jeune. La deuxième vague est un gigantesque tremblement de terre provoquant des tsunamis et des tempêtes détruisant les infrastructures et les villes. La troisième vague est une épidémie mondiale dérivée de la grippe aviaire. La mère de Cassie, infirmière, tente de secourir les malades infectés. Elle est contaminée et meurt. Après avoir enterré sa femme, le père de Cassie décide de quitter leur maison pour aller se réfugier dans un camp de survivants dans la forêt. Le père de Cassie lui donne un pistolet pour qu'elle puisse se défendre. Un détachement de l'armée arrive au camp. Le colonel annonce que la quatrième vague de l'invasion des Autres pour exterminer les humains survivants a débuté. Les soldats vont emporter les enfants dans des bus vers une base militaire pour les mettre en sécurité, puis reviendront chercher les adultes. Dans le bus, Sammy s'aperçoit qu'il a oublié son ours en peluche. Cassie descend du bus, retourne en courant dans la tente, récupère le nounours de Sammy sur son lit et retourne vers le bus. Le bus démarre. Cassie court après le bus en vain. Le colonel fait réunir les adultes dans une salle et leur explique que les Autres ont pris possession de certains humains.
Alfred Borden (Christian Bale) est un magicien de la fin du XIX siècle, jugé pour l'assassinat supposé de son rival Robert Angier (Hugh Jackman). Le film raconte les années de rivalité qui opposent les deux hommes, rivalité qui débute à la suite de l'accident mortel de la femme d'Angier, et qui se manifeste principalement autour d'un tour de magie nommé « l'homme transporté » que les deux hommes se disputent, avec pour toile de fond les recherches sur l'électricité de Nikola Tesla (incarné par David Bowie).
Sara et Seth, des jumeaux dotés de pouvoirs extraordinaires, tentent d'échapper à une organisation qui souhaite les exploiter. Ils sont aidés dans leur fuite par un chauffeur de taxi nommé: Jack Bruno.
En un quart d'heure, la vie du Britannique Arthur Dent (nommé Arthur Accroc dans la traduction française du livre) est bouleversée : sa maison va être détruite pour être remplacée par un échangeur routier, et la Terre va également être détruite par les Vogons pour créer une voie express hyperspatiale. Il est sauvé par son ami Ford Prefect (en français Ford Escort), un extraterrestre auto-stoppeur.
Un jeune couple décide de quitter New York pour s'installer dans la banlieue chic de Stepford. Ils y découvrent que les femmes de Stepford sont trop soumises pour être normales.
Personne ne croit plus le professeur Trevor Anderson lorsqu'il affirme être sur le point de faire une extraordinaire découverte. Ses hypothèses révolutionnaires l'ont mis au ban de la communauté scientifique. Pourtant, au cours d'une expédition en Islande, Trevor et son neveu, le jeune Sean, sous la conduite de leur guide islandaise Hannah, vont se retrouver plongés dans l'inconnu.