En Angleterre, dans un proche avenir, Alex DeLarge (Malcolm McDowell), jeune délinquant passionné par la musique de Beethoven (qu'il appelle la plupart du temps « Ludwig Van »), spécialement la 9e symphonie, est obsédé par le sexe (« des parties de ça-va-ça-vient » dit-il) et adepte de la violence (« ultraviolence » dans son propre jargon).
Set in 1953, the film explores the budding relationship between Billy Joe McAllister (Benson) and Bobbie Lee Hartley (O'Connor) (who corresponds to the unnamed narrator of the original song), despite resistance from Hartley's family, who contend she is too young to date. One night at a jamboree, McAllister gets drunk and seems nauseated and confused when entering a makeshift whorehouse behind the gathering.
En 1986, deux inspecteurs de police, l'un de la campagne (Park Doo-man), l'autre de la ville (Seo Tae-yoon), aux méthodes radicalement opposées vont devoir mettre leurs forces en commun afin de piéger un terrible violeur et tueur en série. Les soupçons de chacun vont alors se déplacer d'un suspect à un autre, au rythme lancinant des assassinats barbares du mystérieux tueur.
Le film brosse le portrait de George Falconer, un professeur d'université homosexuel vivant à Los Angeles dans les années 1960. Son compagnon meurt dans un accident de voiture. Huit mois plus tard, « se réveiller chaque matin est une douleur » pour George qui perd le goût de vivre, malgré le réconfort apporté par sa vieille amie Charley, elle aussi rongée par la solitude. Témoin de cette dérive, un jeune étudiant, nommé Kenny, se rapproche de lui.
Ben et Leslie Cash ont décidé de donner à leurs six enfants une éducation peu conventionnelle. Ils ont tout quitté pour établir un campement au beau milieu des bois dans l’État de Washington et c’est dans ce cadre hors du commun que grandissent Bodevan, Kielyr, Vespyr, Rellian, Zaja et Nai.
Bess, femme enfant innocente, se marie à Jan, qui travaille sur une plate-forme pétrolière au nord de l'Écosse. Leur relation est passionnelle. Elle prie pour qu'il revienne, mais elle le retrouve paralysé après un accident de travail sur la plateforme, incapable de bouger et bien sûr d'avoir des relations sexuelles. Il ne veut pas qu'elle reste attachée à un homme paralysé, et souhaite qu'elle continue à vivre, à aimer, à être heureuse. Pour être sûr qu'elle puisse tomber amoureuse de quelqu'un d'autre, il lui demande de coucher avec d'autres hommes et de lui raconter les détails. Bess accepte et connaît des relations de plus en plus déviantes et dangereuses, constatant que la santé de Jan bénéficie de ses frasques et croyant agir selon la volonté de Dieu tout en se prostituant.
Avant même l'apparition du générique, le film débute par une scène onirique représentant des danseurs de jitterbug ; une femme (Naomi Watts), d'abord entourée d'un couple âgé, s'avance pour recevoir les applaudissements ; un lit et son occupant endormi sont montrés. Victime d’un accident de voiture, une mystérieuse femme aux cheveux noirs (Laura Harring), amnésique et blessée, erre sur la sinueuse route de Mulholland Drive : elle se dirige vers Los Angeles. Les enquêteurs chargés de mener les recherches sur l'accident indiquent qu'ils suspectent qu'un troisième passager, peut-être une femme, se soit enfui jusqu'à la ville. À l'aube, cette femme se glisse dans l'appartement qu'une femme rousse et plus âgée s'apprêtait à quitter. Dans un Winkie, nom d'une chaîne de restaurant, un homme (interprété par Patrick Fischler) raconte à son ami le cauchemar qu'il a eu dans lequel il y avait un horrible personnage derrière le bâtiment. Quand ils examinent les lieux, le personnage apparaît et l'homme ayant fait le cauchemar s'évanouit d'effroi. Alors que la femme aux cheveux noirs dort, plusieurs appels téléphoniques énigmatiques concernant sa localisation sont passés.
À Détroit, Janet Slate est heureuse car elle vient de louer l'appartement 1303 du Lake View Residence et quittera sa mère alcoolique Maddie Slate. Elle appelle sa sœur Lara pour lui dire, puis rencontre la petite fille Emily, qui est sa voisine. Emily lui dit qu'une fille, Jennifer, a tué sa mère il y a de nombreuses années et s’est suicidée en sautant du balcon. Elle lui dit aussi de quitter l'appartement. Janet entend des bruits étranges dans l'appartement, elle appelle son petit ami Mark Taylor pour passer la nuit avec elle. Lorsque Mark quitte l'appartement, le fantôme de Jennifer jette Janet hors du balcon. Le détective chargé de l'enquête indique à Lara que plusieurs femmes se sont suicidées dans cet appartement. Lara décide de passer à l'appartement de Janet malgré ce qu'il s'est passé.
Parce qu'elle est différente, secrète et renfermée, Rachel Lang subit les moqueries de ses camarades de lycée. Privée de l'affection de sa mère, internée depuis de longues années pour schizophrénie, Rachel n'a pas trouvé de réconfort auprès de sa famille adoptive. En outre, la jeune fille est troublée par d'étranges facultés de télékinésie dont elle ignore l'origine. Quand Lisa, sa meilleure amie, se suicide, abusée par un joueur de l'équipe de football, l'univers fragile de Rachel bascule. Piégée et humiliée, Rachel laisse alors exploser le pouvoir dévastateur de sa colère.
À la fin des années 80, Oh Dae-Soo, père de famille sans histoire, est enlevé un jour devant chez lui. Séquestré pendant plusieurs années dans une cellule privée, son seul lien avec l'extérieur est une télévision. Par le biais de cette télévision, il apprend le meurtre de sa femme, meurtre dont il est le principal suspect. Au désespoir d'être séquestré sans raison apparente succède alors chez le héros une rage intérieure vengeresse qui lui permet de survivre. Il est relâché 15 ans plus tard, toujours sans explication. Oh Dae-Soo est alors contacté par celui qui semble être le responsable de ses malheurs, qui lui propose de découvrir qui l'a enlevé et pourquoi. Le cauchemar continue pour le héros.
Justine Last est mariée et aimée de son époux. Et pourtant, elle n'est pas une femme heureuse : sa vie s'est installée dans une morne routine et son paresseux de mari passe plus de temps à fumer des joints avec son meilleur ami Bubba qu'à essayer de lui faire un enfant.
Un prologue, construit par des images fixes puis mises lentement en mouvement, introduit le film.
Chapitre 1, Justine : À l'occasion de leur mariage, Justine (Kirsten Dunst) et Michael (Alexander Skarsgård) donnent une somptueuse réception dans la maison de Claire (Charlotte Gainsbourg), la sœur de Justine, et de John (Kiefer Sutherland), le très riche mari de Claire. Alors que les relations familiales se dégradent peu à peu et que le mariage tombe à l'eau, la planète Melancholia se rapproche lentement de la Terre…
Chapitre 2, Claire : la perception par Claire, d'abord diffuse, puis allant en s'accentuant, que la fin de la Terre est peut-être terriblement proche.
Billy Halleck est un avocat à qui tout réussit et qui vit très bien son embonpoint. Mais un jour, au volant, alors que son épouse le gratifie d'une fellation, Billy Halleck percute mortellement une vieille Gitane qui sortait d'une pharmacie, avec sa voiture. À la suite d'un procès truqué, le père de la vieille gitane, Tadzu Lempke lui jette un sort qui lui fait perdre irrémédiablement du poids, encore et encore…
Pologne, 1962, sœur Anna, orpheline très pieuse, s'apprête à prononcer ses vœux définitifs. La Mère supérieure l'incite à sortir quelques jours de l'austère couvent où elle vit une existence de silence depuis qu'elle y a été recueillie enfant, afin de retrouver une tante inconnue, Wanda, sa seule famille.
Josh et Cooper sont deux étudiants qui ont passé le premier semestre d'études à faire la fête et se retrouvent désormais dans l'obligation d'obtenir la note maximale aux prochains examens pour pouvoir continuer leurs études. Ils découvrent une règle peu connue selon laquelle la note maximale est accordée à un étudiant si un camarade de chambre se suicide, et se mettent alors en quête d'un camarade de chambre suicidaire.