Années 1960. Une série d'essais nucléaires français, aux alentours de l'archipel des Tuamotu, entraine la mutation d'un lézard. Trente ans plus tard, la créature monstrueuse attaque un cargo japonais croisant dans le Pacifique Sud. Le seul rescapé est transporté à Papeete, où il est interrogé par des agents de la DGSE. Il murmure le nom de « Gojira », d'après une ancienne légende japonaise. Au même moment, Nick Tatopoulos, un jeune scientifique américain travaillant pour la Commission de réglementation nucléaire des États-Unis, est prié d'abandonner ses recherches à Tchernobyl pour se rendre avec un groupe de militaires à Panama. Il découvre les gigantesque empreintes du monstre, qui a traversé le golfe et piétiné un village pour se rendre dans l'océan Atlantique.
Dans un futur proche, une météorite s'écrase à proximité de Hambourg. Des hordes d'extraterrestres extrêmement organisés, les « mimics », envahissent l'Europe. Une coalition de dix-sept nations est formée pour combattre les mimics. Elle est nommée « force de défense unie » (FDU). En cinq ans, cette guerre mondiale fait des millions de victimes. Les mimics semblent anticiper toutes les actions des militaires. Mais subitement, les humains gagnent la bataille de Verdun avec des pertes très faibles. Cette victoire est l’œuvre du sergent Rita Vrataski qui a tué des centaines de mimics dès son premier jour de combat, équipée de la nouvelle armure. Elle devient ainsi l'héroïne de l'armée et les médias la surnomment « l'ange de Verdun ».
Des extraterrestres nommés les Boovs choisissent de faire de la Terre leur nouvelle planète d'adoption pour échapper à leur ennemis, les Gorgs. Ils relogent tous les humains en un seul endroit et prennent possession des villes désertes. Une adolescente, Tif (Tip dans les versions originale et québécoise), échappe par accident à ce déplacement de population. Lorsqu'un Boov maladroit, nommé Oh, révèle par erreur la nouvelle cachette de son peuple aux Gorgs, il devient alors l'ennemi public n 1. Il décide de fuir se cacher en Antarctique, là où ne vivent ni humain ni Boov. Durant sa cavale, il tombe sur Tif, qui recherche désespérément sa mère. Ils partent alors ensemble à Paris, où se situe le quartier général des Boovs, dans l'espoir de localiser la mère de la jeune fille.
2263. Sur une planète, le capitaine James T. Kirk agit à titre d'ambassadeur pour conclure un traité de paix entre deux peuples ennemis. En guise de cadeau, il apporte un artéfact qui faisait partie d'une puissante arme inconnue. Cependant, le chef de la planète s'emporte, croyant qu'on veut se moquer de lui et soumettre son peuple. Kirk tente de l'apaiser, mais le chef préfère attaquer Kirk, imité par ses congénères. Grâce à Scotty, Kirk retourne sur le vaisseau USS Enterprise. Après cette mission manquée, Kirk se questionne sur son rôle dans Starfleet. Après trois ans de mission et alors que son anniversaire approche — il aura un an de plus que son père quand il est mort —, il n'éprouve plus qu'ennui et malaise, même si son équipage est l'un des meilleurs selon ses dires.
Alors qu'il se trouve au Mexique, le scientifique français Claude Lacombe — principal invité de la conférence de Montsoreau —, assisté de son interprète américain David Laughlin, découvre de vieux avions de guerre en plein désert de Sonora. Les appareils, des Grumman TBF Avenger, faisaient partie du Vol 19, une escadrille qui a mystérieusement disparu en décembre 1945. Simultanément, d’autres faits étranges se produisent à la surface de la planète, comme la découverte d'un navire cargo disparu en 1925, retrouvé en plein désert de Gobi.
En 2005, des scientifiques découvrent dans le « système solaire Gliese » (nom donné dans le film, en réalité le système planétaire Gliese 581) une exoplanète qu'ils baptisent « planète G », dont le climat semble proche de celui de la Terre. En 2006, la NASA lance le projet international Beacon pour envoyer un signal jusqu'à cette planète en construisant un système de communication cinq fois plus puissant que ceux existant alors. Chaque jour, quand le satellite Landsat 7 est à l'aplomb de la station de communication de Saddle Ridge, sur l'île d'Oahu, dans l'archipel d'Hawaï, le signal est émis vers le satellite. Celui-ci amplifie le signal pour le relayer à travers l'espace jusqu'à la planète G.
Reed Richard, alias Mister Fantastic et Susan Storm, la Femme invisible, membres des Quatre Fantastiques, sont sur le point de se marier, les préparatifs pour la cérémonie étant enfin achevés.
La planète Krypton est sur le point d'exploser. Jor-El, grand scientifique, décide de sauver son fils unique Kal-El en le plaçant dans une sonde spatiale pour l'envoyer sur Terre.
2077 : Jack Harper, en station sur la planète Terre dont toute la population a été évacuée, est chargé de la sécurité et de la réparation des drones. Suite à des décennies de guerre contre une force extra-terrestre terrifiante qui a ravagé la Terre, Jack fait partie d’une gigantesque opération d’extraction des dernières ressources nécessaires à la survie des siens. Sa mission touche à sa fin. Dans à peine deux semaines, il rejoindra le reste des survivants dans une colonie spatiale sur le satellite de Saturne Titan à des millions de kilomètres de cette planète dévastée qu’il considère néanmoins comme son chez-lui.
La planète Mars, qui se nomme en réalité Barsoom, est loin d'être dépourvue de vie. Cependant, les affrontements entre les différents peuples qui y vivent la mènent progressivement au déclin. Les martiens rouges, d'apparence très proche des humains, sont divisés en nations rivales. Parmi elles, la cité guerrière itinérante de Zodanga ravage les autres nations les unes après les autres. Seule la cité d'Helium lui résiste encore. Un jour, le vaisseau volant de Sab Than, roi de Zodanga, se perd dans une tempête de sable où il est pris en chasse par deux vaisseaux héliumites, mais sauvé in extremis par trois mystérieux moines dotés de pouvoirs surnaturels, qui se présentent comme des Therns, au service de la déesse Issus. Les Therns offrent à Sab Than le contrôle du Neuvième rayon, une technologie aux pouvoirs colossaux. Zodanga peut alors reprendre le dessus dans le conflit en cours.
Lilo est une petite Hawaiienne orpheline de six ans au caractère bien trempé qui est élevée tant bien que mal par sa sœur ainée. Un jour, malgré les réticences de sa grande sœur, elle adopte dans un refuge un étrange animal, vorace et indomptable : Stitch, qui s'avère être un fugitif extraterrestre. Une relation d'amitié va naître entre ces deux êtres mais malheureusement les choses vont se compliquer : un groupe d'extraterrestres chargé de capturer Stitch pour le renvoyer en prison débarque sur Terre...
L'histoire débute un jour de 1914, dans un temple d’Égypte. Un archéologue italien décrit à son assistant anglophone sa compréhension d'une fresque gravée sur un mur du bâtiment : il s'agirait d'une sorte de plan de bataille. D'un côté se trouve l'ennemi absolu, le Mal, dont la venue est permise par un alignement de planètes qui a lieu tous les 5000 ans. Il y a de l'autre côté quatre éléments qui entourent un cinquième mis à part, de forme humanoïde. La représentation d'une arme absolue permettant de combattre le Mal est gravée de part et d'autre des antagonistes.
3 février 1979, à Lillian, dans l'Ohio. Joseph « Joe » Lamb, treize ans, perd sa mère, Elizabeth, dans un accident à la fonderie de la ville. À la suite de cette disparition brutale, les relations entre le garçon et son père Jackson, le shérif-adjoint de la ville, deviennent tendues.
En 1996, à Brooklyn. Une fillette prénommée Molly rencontre un jeune extra-terrestre dans sa chambre et voit ses parents se faire « neurolyser » par des Men In Black devant sa maison. 20 ans plus tard, à Paris, les agents H et Grand T, des MIB de Londres, contrent l'attaque d'une race extra-terrestre nommée « La Ruche », au sommet de la Tour Eiffel. En 2019, après des années de recherche et de surveillance, Molly finit par localiser le quartier général des MIB. Repérée dès son entrée, elle se retrouve en isolement. Alors qu'on s'apprête à lui effacer la mémoire, elle réussit à convaincre l'agent O de lui donner sa chance. En tant que l'agent stagiaire M, Molly est envoyée dans l'agence londonienne où elle doit collaborer avec l'agent H.
Vivant paisiblement dans leur monde, les Looney Tunes sont attaqués par des extraterrestres voulant en faire leurs esclaves pour leur divertissement. Acculés, les Looney décident de parier leur liberté dans un match de basket-ball : s'ils gagnent, les extraterrestres doivent repartir et les laisser en paix ; sinon les Toons accepteront d'être asservis. Détail imprévu : les Martiens utilisent leurs pouvoirs pour voler le talent et la force des meilleurs joueurs de la planète, devenant ainsi des monstres géants implacables. Paniqués, Bugs Bunny et Daffy Duck font venir dans leur monde le champion Michael Jordan pour entrainer les toons et les aider à gagner le match.