Le film se déroule à Washington en 2054. Il s'ouvre sur John Anderton, le chef de l'organisation gouvernementale expérimentale Précrime qui existe depuis 6 ans.
En 1969, dans une prison de Marseille, l'agent du FBI Carl Hanratty est chargé de l'extradition de Frank Abagnale, Jr. Ce dernier, recherché par la justice américaine pour avoir escroqué plusieurs millions de dollars en usurpant plusieurs identités, est malade et tente de s'évader de prison. Pour comprendre pourquoi le jeune homme est devenu le plus grand faussaire des années 1960, il faut revenir six années plus tôt quand, adolescent, Frank vit avec son père et sa mère, d'origine française (tous deux se sont rencontrés à la Libération). Après le refus d'un prêt bancaire à son père, poursuivi par le fisc, la famille est contrainte de déménager dans un appartement. Le jeune Frank découvre que sa mère voit un autre homme et, après s'être fait passer pour un professeur à son lycée (sa première usurpation d'identité), il s'enfuit, horrifié, de chez lui, alors que ses parents préparent leur divorce. Ce coup dur est le déclencheur de ce que va devenir Frank. Lorsqu'il est à court d'argent, l'adolescent décide de se faire passer pour un copilote d'avion de ligne et escroque plusieurs compagnies aériennes.
Howard Payne, terroriste psychopathe, policier à la retraite, prend en otage un ascenseur dans un immeuble d'affaires à Los Angeles et réclame une rançon en menaçant de le faire sauter. Son projet échouant à cause de deux officiers du SWAT, Jack Traven et son partenaire Harry Temple, il décide alors de se faire exploser avec le C4 qu'il a placé sur son torse et se faire passer pour mort. Pour se venger, Payne pose une bombe dans un bus, qui risque d'exploser si la vitesse passe en dessous de 50 miles/h (soit 80 km/h) ou si quelqu'un essaie de descendre. Jack Traven réussit à monter dans le bus. Commence alors un véritable casse-tête pour l'officier du SWAT, qui doit trouver par tous les moyens comment désamorcer la bombe accrochée à l'essieu du bus.
Fraîchement transféré à la brigade criminelle de New York, le policier David Mills doit faire équipe un temps avec celui qu'il va remplacer : William Somerset, un officier de police judiciaire affecté aux homicides, bientôt à la retraite.
Johnny Tapia est un puissant baron de la drogue à Miami. Il fait circuler ses pilules d'ecstasy dans les boîtes les plus branchées, dirigées par les Russes et sur lesquelles il souhaite avoir la main.
Dans le futur, Mars est colonisée et exploitée pour le turbinium enfoui dans son sous-sol. La planète est tyranniquement administrée par Vilos Cohaagen, qui contrôle les mines et l'approvisionnement en oxygène.
Pour améliorer la protection de l'État, une nouvelle loi sur les télécommunications est proposée aux Américains. Cette loi vise à donner plus de pouvoir aux autorités compétentes, comme l'utilisation de caméras de surveillance et l'écoute téléphonique, dans le but de garantir la sécurité de l'État, aux dépens des libertés individuelles.
En 1991, le terroriste Castor Troy tente d'abattre son ennemi juré Sean Archer, agent du FBI. Au moment du tir, il rate Archer, mais abat accidentellement son fils.
John Kruger est un marshal qui travaille dans un programme de protection des témoins. Il est désigné pour protéger la Dr Lee Cullen, qui travaille pour l'entreprise Cyrez, un fabricant d'armes secrètes et fournisseur du département de la Défense des États-Unis. Le travail de Kruger commence lorsque Cullen découvre une preuve d'un trafic d'armes illégal du FBI. Kruger doit alors la protéger en effaçant toutes les traces de son identité et en neutralisant toutes menaces contre elle.
Après avoir laissé s'échapper le fugitif Dominic Toretto, l'ancien officier de police Brian O'Conner est maintenant lui aussi en cavale et quitte Los Angeles pour Miami afin de commencer une nouvelle vie. Mais une nuit, il est pris par les agents des douanes. Le FBI lui offre une dernière chance : s'il accepte de prendre part à une opération conjointe des douanes et du FBI, son passé criminel sera effacé.
Après avoir déposé Annie, un procureur, qui lui a laissé sa carte de visite et avec qui le courant est bien passé, Max, un chauffeur de taxi, accepte de prendre un client, Vincent, pour cinq courses. Vincent prétend qu'il a cinq personnes à voir pour conclure un contrat immobilier dans la nuit. Mais la première de ces personnes tombe, morte, sur le toit du taxi pendant que Vincent est allé la voir. Vincent, qui se révèle en fait être un tueur à gages, décide alors de se servir de Max comme chauffeur tout au long de sa tournée. Au fil de la nuit, et alors que, parallèlement, l'inspecteur Fanning de la police de Los Angeles commence son enquête, les deux hommes vont commencer à nouer des liens bien particuliers et apprendre l'un de l'autre.
Une nuit, dans la mer Méditerranée, au large de Marseille, un chalutier italien repêche un homme inconscient, atteint de deux balles dans le dos. Soigné à bord, l'inconnu se remet vite de ses blessures, mais se révèle totalement amnésique, incapable de se souvenir de qui il est. Le seul indice dont il dispose est une capsule implantée chirurgicalement au niveau de sa hanche, une sorte de pointeur laser projetant un numéro de compte en banque, à Zurich. Arrivé à Zurich, il réalise qu'il parle couramment l'allemand et se découvre des aptitudes hors-normes au close combat après avoir désarmé et maîtrisé deux policiers qui tentaient de l'arrêter pour s'être endormi sur un banc dans un parc fermé la nuit.
À Cap Canaveral. La brillante adolescente Casey Newton (Brittany Robertson) est optimiste et douée d'une grande curiosité scientifique. Attrapée en plein sabotage nocturne du démontage d'une aire de lancement désaffectée où travaille son ingénieur de père Eddie pour la NASA, Casey termine sa nuit au commissariat. Le lendemain, elle trouve parmi ses affaires un pin's orné d'un T. Lorsqu'elle le touche, elle se retrouve projetée temporairement dans un lieu fantastique, à la technologie très avancée. Pour en apprendre davantage, Casey tente de se procurer un autre pin's. Aidée de son frère Nathan (Pierce Gagnon), elle découvre qu'une boutique de souvenirs de Houston en vend. Les vendeurs Hugo et Ursula deviennent agressifs pour savoir où elle a obtenu le pin's. Casey est sauvée par la jeune Athena (Raffey Cassidy), un robot venu de Tomorrowland. Cet endroit, situé quelque part dans le temps et l'espace, est en danger, et Casey pourrait le sauver.
À la suite de la mort de son père, Tobey Marshall doit gérer son garage automobile avec l'aide de Pete, Finn et Benny, dans lequel il finira la construction de la Ford Shelby GT 500 pour Dino Brewster. Lors d'une course avec Pete et Dino, ce dernier tue Pete, mais niera avoir été présent lors du drame, ce qui entraînera l'emprisonnement de Tobey. Deux ans plus tard, Tobey sort de prison et est prêt à tout pour prouver la culpabilité de Dino et gagner la De Leon, une course de voitures illégale, en mémoire de Pete...