Après avoir vaincu Owen Shaw (Luke Evans) et sa bande, et avoir obtenu l’amnistie, Dominic Toretto (Vin Diesel), Brian O’Conner (Paul Walker) et leurs amis sont de retour aux États-Unis pour mener à nouveau une vie de famille tranquille. Brian commence à s’habituer à sa vie de père tandis que Dom tente d’aider Letty (Michelle Rodríguez) à retrouver la mémoire en la ramenant aux Race Wars (« Guerres de courses ») ; cependant, après une altercation avec Hector (Noel Gugliemi), un vieil ami à eux et organisateur du tournoi, elle s’en va. Plus tard, Dom la retrouve au cimetière devant sa tombe, persuadée qu’elle ne retrouvera jamais la mémoire. Alors que Dom se prépare à la détruire, Letty l’arrête, insistant sur le fait que la Letty qu’il a connu est morte le jour où elle a perdu la mémoire, et donc que c’est une nouvelle Letty qu’il a en face de lui. Et sur ces mots, Letty abandonne Dom et disparaît en voiture. Au début du film, le frère aîné de Owen, Deckard Shaw (Jason Statham), s’est introduit par effraction dans l’hôpital sécurisé où Owen se trouve dans le coma et a juré de le venger de Dom et son équipe.
Tony Stark se remémore le nouvel an 2000 à Berne. Il y évite avec arrogance le scientifique Aldrich Killian pour passer la nuit avec la chercheuse Maya Hansen. Killian aurait voulu qu'il travaille avec lui pour développer son entreprise, Advanced Idea Mechanics (AIM). Hansen lui révèle le projet sur lequel elle travaille, Extremis, un gène d’auto-régénération. Cependant, le gène est instable et la plante soumise à Extremis explose.
Les agents britanniques James Bond, nom de code 007, et Eve sont à Istanbul à la suite du meurtre d'une section du MI6 et du vol d'un disque dur d'ordinateur contenant les identités de tous les agents de l'OTAN infiltrés dans des organisations terroristes. Bond et Eve, à bord d'une voiture, prennent le meurtrier en chasse dans le but de récupérer le disque dur. Une course poursuite s'engage ensuite à moto sur les toits jouxtant le grand bazar d'Istanbul et Sainte-Sophie, puis sur un train en direction de la campagne, où Bond est blessé à l'épaule. Les deux hommes luttent sur le toit du train et Bond essaie d'attraper le disque dur. Eve, risquant de voir le meurtrier s'échapper définitivement avec le disque, reçoit de M l'ordre express d'abattre la cible. Elle rate son tir et touche Bond, provoquant sa chute du train vers le précipice en contrebas sur le pont d'Adana. Bond est laissé pour mort.
Huit ans ont passé depuis que Batman a disparu, passant du statut de héros à celui de fugitif. Prenant la responsabilité de la mort d'Harvey Dent, le « Chevalier Noir » a tout sacrifié pour le mieux. Pendant un certain temps, le mensonge a l'effet escompté : la criminalité de Gotham City est presque éliminée par le commissaire James Gordon avec l'unité anticrime de Harvey Dent. Mais l'arrivée à Gotham de Bane, un terroriste masqué, chamboule l'ordre établi et pousse Bruce à sortir de l'exil qu'il s'est imposé.
Batman aborde une phase décisive de sa guerre au crime. Avec l'aide du lieutenant de police Jim Gordon et du nouveau procureur Harvey Dent, il entreprend de démanteler les dernières organisations criminelles qui infestent les rues de la ville. L'association s'avère efficace, mais le trio se heurte bientôt à un nouveau génie du crime qui répand la terreur et le chaos dans Gotham : le Joker. On ne sait pas d'où il vient ni qui il est. Ce criminel possède une intelligence redoutable doublé d'un humour sordide et n'hésite pas à s'attaquer à la pègre locale dans le seul but de semer le chaos.
Un message cryptique venu tout droit de son passé pousse Bond à enquêter sur une sinistre organisation. Alors que M affronte une tempête politique pour que la section 00 des services secrets britanniques ne soit pas supprimée, Bond s'allie avec la fille d'un ancien ennemi, Madeleine Swann, afin de découvrir la terrible vérité derrière le SPECTRE...
Ethan Hunt accepte une nouvelle mission décrite sur une bande magnétique qui s'autodétruit cinq secondes plus tard : le « Syndicat », dont le chef, Solomon Lane, a été arrêté deux ans auparavant par Hunt et son équipe, s'est reformé sous la forme d'un groupe terroriste dénommé « Les Apôtres », avec l'aide de Nils Debruuk, spécialiste norvégien en armes nucléaires. La mission de Hunt est d'intercepter une livraison de trois charges portables de plutonium aux Apôtres, qui doit se dérouler à Berlin. Il s'y rend avec Benji et Luther, mais ce dernier est pris en otage par les Apôtres ; en voulant le sauver, Hunt oublie de surveiller les bombes dont s'emparent les terroristes.
Dominic Toretto, Brian O'Conner et toute leur équipe, après le casse de Rio de Janeiro, ayant fait tomber un empire criminel en empochant 100 millions de dollars, se sont dispersés dans le monde entier. Mais l’incapacité de rentrer chez eux et l’obligation de vivre en cavale permanente, laissent à leur vie le goût amer de l’inaccomplissement. Pendant ce temps Luke Hobbs traque un groupe de chauffeurs mercenaires aux talents redoutables, dont le meneur, Owen Shaw est secondé d’une main de fer par l’amour que Dominic croyait avoir perdu pour toujours : Leticia Ortiz. La seule façon d’arrêter leurs agissements est de les détrôner en surpassant leur réputation. Luke demande donc à Dominic de rassembler son équipe de choc à Londres. En retour ? Ils seront tous graciés et pourront retourner auprès de leurs familles, afin de vivre une vie normale.
Sur Terre, en 1988, le jeune Peter Jason Quill rend visite à sa mère à l'hôpital. Cette dernière est atteinte d'un cancer en phase terminale. Elle donne un cadeau à Peter puis meurt. Peter s'enfuit en pleurs, avant d'être aspiré par un vaisseau spatial.
Après les événements cataclysmiques qui ont ravagé New York, Steve Rogers vit désormais à Washington DC, où il s’efforce de s'adapter au monde moderne.
Lors d'une mission à Budapest, l'agent Hanaway de l'unité IMF (Impossible Missions Force) est tué par la tueuse à gages Sabine Moreau, qui récupère les codes de lancement d'une ogive nucléaire. L'unité doit donc récupérer l'agent Ethan Hunt, alors en détention dans une prison de Moscou pour une raison inconnue. L'évasion est un succès, malgré la décision de Hunt de faire évader l'un des détenus, Bogdan, qui détient de précieuses informations. À peine libéré, Hunt se voit chargé d'une mission : infiltrer avec les agents Benjamin Dunn et Jane Carter au plus vite les archives du Kremlin pour récupérer le dossier de Cobalt, le terroriste qui a engagé Moreau.
Après avoir intercepté un gaz toxique vendu à un groupe terroriste, l'agent Ethan Hunt (Tom Cruise) pense pouvoir démontrer l'existence du Syndicat, un groupe criminel agissant à l'échelle internationale. Capturé dans une station londonienne de la Force Mission impossible (IMF) camouflée en magasin de disque, il s'enfuit d'une pièce où il s'apprête à être torturé par Janik Vinter (Jens Hultén), grâce à l'aide d'une agente désavouée du MI6, Ilsa Faust (Rebecca Ferguson). Entre-temps, le directeur de la CIA, Alan Hunley (Alec Baldwin), et l'agent William Brandt (Jeremy Renner) paraissent devant une commission du gouvernement américain. Hunley obtient que l'IMF soit démantelée et ses agents intégrés au sein de la CIA. Ethan Hunt refuse la décision et continue sa traque du Syndicat en cherchant activement un homme blond portant des lunettes, plus tard identifié comme Solomon Lane (Sean Harris).
James Bond vient d'obtenir le statut d'agent 00 au sein du MI6. Après une mission qui se solde par la destruction d'une ambassade à Madagascar, Bond est envoyé en vacances. Il poursuit cependant sa mission à Nassau. Il rencontre des agents terroristes qui travaillent pour un certain Le Chiffre. Bond va alors traquer celui-ci jusqu'au Monténégro et y mènera sa première mission, qu'il réussira au prix d'importants sacrifices.
Après avoir arrêté M. White dans sa villa, James Bond le met dans le coffre de sa DBS mais est poursuivi par les hommes de ce dernier sur les rives du Lac de Garde. Il arrive tout de même à les semer après une course-poursuite dangereuse, qui a lourdement endommagé sa voiture, et à rejoindre une antenne secrète du MI6 dans le vieux centre de Sienne.
Tony Stark, playboy, milliardaire, n'est pas seulement l'héritier des usines d'armement de son père (la Stark Industries), c'est également un inventeur de génie. Alors qu'il est en déplacement en Afghanistan afin de présenter sa dernière création, le missile Jéricho, il est enlevé par des terroristes de l'organisation « Les Dix Anneaux ». Gravement blessé lors de l'attaque, il ne survit que grâce à l'aide d'un scientifique, le professeur Yinsen, qui lui greffe à la poitrine un électro-aimant alimenté par une batterie de voiture afin d’empêcher des éclats d’obus d’atteindre son cœur.