Clark Kent, élevé dans une ferme du Kansas, s'interroge sans cesse sur sa différence. Il apprend qu'il est né sur Krypton, un monde lointain aujourd'hui disparu dont les ultimes représentants tentent de conquérir la Terre au mépris de la civilisation humaine. Clark va devoir prendre de difficiles décisions pour devenir le symbole d'espoir pour toute l'humanité…
En 2035, l'équipage de la mission de la NASA Ares III est à l’œuvre sur le sol de Mars lorsque survient une tempête d'une intensité particulièrement élevée. La fusée qu'ils doivent utiliser pour repartir risque d'être déséquilibrée par le vent et détruite. L'équipage doit absolument quitter Mars avant que l'inclinaison de la fusée ne dépasse un seuil critique et ne les empêche de décoller. Alors que les astronautes se replient vers la fusée, l'un d'entre eux, Mark Watney, est frappé par une antenne. Il est happé par le vent et disparaît. Ses collègues le laissent pour mort, après quelques recherches de la commandante Lewis. Placés sous la menace de la destruction de leur fusée, ils décident de décoller sans lui.
En 2029, alors que les mutants sont en voie d'extinction, Logan vit discrètement comme chauffeur de limousine. Il veille cependant sur son vieil ami le professeur Charles Xavier, très affaibli, vivant dans un repaire caché proche de la frontière américano-mexicaine, avec l'aide de Caliban, un des derniers mutants encore en vie. Mais Logan va bientôt devoir sortir de sa retraite pour aider Laura, une jeune fille traquée par de dangereux individus. Celle-ci possède des pouvoirs similaires à ceux de Wolverine dont des griffes rétractiles.
En 2045, le monde est en proie à de nombreux soucis : crise énergétique, désastre causé par le changement climatique, la famine, la pauvreté, la guerre, etc. Dans ce monde chaotique, l'OASIS est un système mondial de réalité virtuelle, accessible par l'intermédiaire de visiocasques et de dispositifs haptiques tels que des gants et des combinaisons. Conçu à l'origine comme un jeu de rôle en ligne massivement multijoueur (MMORPG), il est devenu au fil du temps une véritable société virtuelle dont toute l'humanité se sert comme exutoire. Son créateur, James Halliday, était l'un des hommes les plus riches et populaires au monde, avant son décès. À sa mort, une vidéo est diffusée dans laquelle il explique qu'il léguera son immense fortune, 500 milliards de dollars, ainsi que sa société, GSS, à la personne qui réussira à trouver l’easter egg (« œuf de Pâques ») caché dans l'OASIS. Wade Watts, un jeune orphelin de 18 ans vivant à Columbus, est un fin connaisseur de Halliday et de l'OASIS, via son avatar Parzival, Wade va tout tenter pour trouver l’œuf. Il devra faire face à la multinationale Innovative Online Industries (IOI) et son PDG, Nolan Sorrento, prêt à tout pour prendre le contrôle du monde virtuel. Wade pourra compter sur l'aide de plusieurs alliés dans l'OASIS, notamment la mystérieuse Art3mis.
Ray Ferrier est un père divorcé vivant dans le New Jersey, en banlieue de New York. Un matin, son ex-épouse lui confie la garde de leurs deux enfants, Rachel et Robbie, le temps de quelques jours. Mais le soir même, un orage éclate et déclenche d'étranges phénomènes comme l'arrêt total des véhicules à cause d'éclairs électromagnétiques. Bientôt, d'énormes engins mécaniques surgissent de sous la terre et désintègrent les êtres humains dans le chaos le plus total.
En 2009, le docteur Alice Krippin trouve ce qui semblerait être un vaccin contre le cancer parfaitement efficace. Cependant, la joie est de courte durée, car, à la suite d'une erreur humaine, le vaccin, en réalité corrompu, quitte le lieu clos du laboratoire et se diffuse sur la Terre (pandémie), tuant les humains les moins résistants et faisant muter les autres, les transformant en "infectés". L'évacuation des survivants est un échec, personne ne trouvant de remède au nouveau virus qui décime l'humanité.
Alors qu'elle se trouve en mission en orbite terrestre, la navette Atlantis est détruite par une pluie de météorites qui termine sa course sur New York. Ceci est le prélude d'une catastrophe majeure : un astéroïde de la taille du Texas s'écrasera sur Terre dans exactement dix-huit jours. Dan Truman, directeur des opérations de vol à la NASA, envisage la mission de la dernière chance : envoyer des astronautes sur l'astéroïde pour qu'ils y creusent un puits dans lequel sera insérée une charge nucléaire. Pour ce faire, il fait appel à Harry Stamper, le plus grand spécialiste en forage pétrolier. Mais ce dernier, ainsi que ses hommes, n'ont aucune notion d’astronautique, et devront bénéficier d'une formation accélérée.
Le paléoclimatologue Jack Hall (Dennis Quaid) et ses deux collègues effectuent une mission scientifique de routine en Antarctique : le forage de carottes de glace. Cependant, le plateau de glace se détache soudain du reste du continent.
L'ancien employé de l'ONU Gerry Lane, sa femme Karin et leurs deux filles sont dans la circulation dense de Philadelphie lorsque la ville est envahie par des zombies. Alors que le chaos s'étend, les Lanes s'échappent vers Newark, dans le New Jersey et se réfugient dans un appartement, où vit un couple avec son jeune fils, Tommy. Le Secrétaire général adjoint de l'ONU, Thierry Umutoni, un vieil ami de Gerry, envoie un hélicoptère qui extrait les Lanes et Tommy vers un navire de la marine américaine dans l'Atlantique, où des scientifiques et du personnel militaire analysent l'évolution de l'épidémie dans le monde. Le Dr Andrew Fassbach postule qu'il s'agit d'un virus et que le développement d'un vaccin dépend de la découverte de son origine. Gerry accepte à contrecœur d'aider Fassbach à retrouver la source de l'épidémie, après qu'on lui ait fait comprendre que lui et sa famille seront évacués du navire s'il ne le fait pas.
Le physicien nucléaire Joseph Brody enquête sur de mystérieux phénomènes qui ont lieu au Japon, quinze ans après un incident qui a irradié la région de Tokyo et déchiré sa propre famille. Refusant de s’en tenir à la version officielle qui évoque un tremblement de terre, le scientifique revient sur les lieux du drame accompagné par son fils Ford, soldat dans la Navy. Ils découvrent que les incidents ne sont pas liés à une catastrophe naturelle, mais à des monstres réveillés par des essais nucléaires dans le Pacifique au lendemain de la Seconde Guerre mondiale. Ces créatures sont surveillées par une organisation nommée Monarch, mais elles menacent bientôt la sécurité de l'archipel d'Hawaï et la côte ouest des États-Unis. Au même moment, la compagne de Ford, infirmière et jeune maman, gère les blessés dans un hôpital de San Francisco.
Au début du XXII siècle, la compagnie Buy-N-Large monopolise l'économie de la Terre par un trust concernant les biens et les services. Il est devenu un gouvernement mondial globalisé. La surconsommation effrénée a tôt fait de transformer le monde en un dépotoir gigantesque. La société commandite un exode massif à bord de vaisseaux spatiaux dans une tentative de préserver l'Humanité. Des milliers de machines robotiques dénommées WALL-E (Waste Allocation Load Lifter-Earthclass) ont été fabriquées par la compagnie. Ces engins ont pour unique tache de « nettoyer » la Terre en compactant la myriade de détritus qui parsèment le sol, durant les cinq années que doit durer l'exode. Mais beaucoup d'entre eux se désactivent inexplicablement et sont hors-services, forçant les humains qui n'ont pas d'autres plans de replis à rester dans l'espace.
Au lendemain de l'holocauste nucléaire du 29 août 1997, les survivants humains entrent en résistance contre la dictature des « machines » (des robots intelligents), ce qui les mène à la victoire en 2029.
Deux ans après avoir affronté les humains et Koba, César et les singes vivent reculés dans une forêt. Leur avant-poste est alors attaqué par une unité militaire pratiquement annihilée dans l'assaut et qui subit une défaite totale, rapportée par radio à leur commandant le colonel McCullough. Selon les dires d'un survivant fait prisonnier et présenté à César, cet homme sanguinaire cherche à tout prix à retrouver César pour installer la domination des hommes sur les primates : bien que ça ne fasse pas l'unanimité, César choisit d'épargner les soldats survivants et de les lui renvoyer avec un message de laisser tomber afin de clarifier les circonstances ayant amené cette situation et prévenir une montée vaine des conflits. Plus tard alors qu'ils s'occupent de leurs morts et blessés, César vient accueillir son fils aîné Yeux-Bleus et Rocket, qui reviennent d'une expédition prolongée et ont apparemment enfin trouvé la terre promise des singes, à des mois de marche de là. Le soir même, après des discussions houleuses sur la suite des événements et la crainte exprimée par Winter, un gorille albinos, la décision est prise de s'y rendre. Mais après l'échec de ses soldats, le colonel McCullough se déplace en personne avec un commando dans le refuge de César afin de le tuer. Il tue le fils aîné de César par méprise ainsi que sa compagne, Cornelia, épargnant sans le savoir leur enfant cadet, Cornelius qui s'était caché. César qui arrive juste avant son départ et constate leur mort, tente de se venger pour son acte mais échoue de peu. Tandis que la colonie a débuté son trajet vers leur futur foyer, César confie alors Cornelius à Lake, la compagne de feu son fils aîné, puis quitte les siens à leur grande surprise pour se lancer seul à la poursuite de McCullough, assoiffé de vengeance. Il est toutefois vite rattrapé et épaulé par ses plus proches amis l’orang-outan Maurice, le chimpanzé Rocket (dont le fils Ash, meilleur ami de Yeux-Bleus, fut également tué, par Koba en son temps) et le gorille Luca.
À San Francisco, le scientifique Will Rodman (James Franco) tente de développer un remède contre la maladie d'Alzheimer dans les laboratoires de la compagnie Gen-Sys. Son propre père Charles (John Lithgow) est atteint par la maladie. Son équipe inocule un rétrovirus, l'ALZ-112, à des cobayes chimpanzés capturés en Afrique, qui voient rapidement leurs facultés cognitives augmenter. Lors de la présentation de ce produit novateur, le principal sujet des tests, une femelle chimpanzé nommée « Beaux Yeux » (en raison de ses yeux verts suite à l'administration du rétrovirus), s'évade et sème la panique. Elle est finalement abattue dans la salle de réunion, sous les yeux horrifiés du conseil. Le directeur Steven Jacobs (David Oyelowo) ordonne à Franklin (Tyler Labine), le collègue de Will, d'euthanasier les douze autres primates, pensant que le rétrovirus est la cause de son comportement. Will et Franklin découvrent toutefois que « Beaux Yeux » avait mis bas dans sa propre cage, ce qui veut dire qu'elle était enceinte lorsqu'elle a été capturée, et qu'elle cherchait simplement à protéger son petit. À l'insu de Jacobs, Will recueille le bébé dans son propre foyer.
2259. Starfleet, l'institution chargée de la défense de la Fédération des planètes unies, est menacée par un terroriste du nom de John Harisson, qui vise à détruire la flotte et les valeurs qu'elle représente. Après une attaque sur un centre d'archives à Londres, l'individu s'enfuit aux confins de la Galaxie, sur la planète des Klingons. L'amiral Marcus autorise le capitaine James T. Kirk à traquer celui dont la véritable identité est en fait Khan Noonien Singh à bord de l'USS Enterprise jusque sur Kronos, planète-mère des Klingons. Plongé dans un monde en guerre, Kirk, aidé de son second Spock, va tout faire pour protéger son équipage.