En raison de bombardements de neutrinos dus à une éruption solaire, le noyau de la Terre commence à chauffer à un rythme inconnu jusqu'alors, causant en fin de compte des déplacements de la croûte terrestre avant décembre 2012, tel que cela avait été prévu. Il s'ensuit un scénario de fin du monde qui plonge l'humanité dans le chaos. Le film suit un groupe de personnages alors qu'ils échappent de justesse à d'innombrables catastrophes. En même temps, des savants et des dirigeants du monde tentent de sauver le plus de vies possible avant l'arrivée des désastres.
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.
Jo Harding était encore une enfant lorsqu'elle vit son père emporté par une tornade de catégorie F5 (une tornade extrêmement dévastatrice et puissante). Vingt-sept ans plus tard, à la tête d'une équipe de météorologues, elle traque ces mystérieuses intempéries qui ravagent les plaines américaines. Cet été, la météo prévoit la plus violente tornade qui ait frappé l'Oklahoma en trente ans…
Octobre 1991, Gloucester. Pendant près de quatre siècles la ville fut le premier port d'Amérique, mais les temps difficiles obligent les marins à s'aventurer toujours plus loin dans les eaux froides de l'Atlantique. Après une saison de pêche décevante, le capitaine Billy Tyne convainc ses hommes de repartir une nouvelle fois en mer pour pêcher l'espadon. Le jeune Bobby laisse sa compagne Christina au port et embarque avec l'équipage à bord de l'Andrea Gail. Ignorant les conseils de son amie Linda qui l'avertit de l'arrivée imminente d'un ouragan dans la région, Tyne s'enfonce dans l'Atlantique Nord vers le Cap Flemish (Bonnet flamand), une zone où le poisson abonde. Au même moment, le voilier Mistral, pris dans le cyclone, décide d'avertir les secours. Après une pêche fructueuse, non sans avoir été marqué par une série d'incidents, Tyne décide de rentrer au port avec ses hommes. Mais ils doivent pour cela traverser la terrible tempête.
Un couple et ses trois garçons partent en vacances en Thaïlande, à Khao Lak. Ils arrivent la veille du terrible Tsunami du 26 décembre 2004. Surpris par la vague géante au moment où ils sont dans la piscine de leur hôtel, ils sont séparés en deux groupes mais réussissent à survivre malgré de graves blessures. Au milieu du chaos, de toutes ces personnes traumatisées perdues et endeuillées, ils continuent leurs recherches, ne lâchent pas prise et vont se retrouver.
En une journée, la petite ville de Silverton est dévastée par une multitude de tornades sans précédent. Les habitants sont désormais à la merci de ces cyclones ravageurs et meurtriers, alors même que les météorologues annoncent que le pire est à venir… Tandis que la plupart des gens cherchent un abri, d’autres se risquent à se rapprocher de l’œil du cyclone pour tenter d’immortaliser en photos cet événement exceptionnel.
Phil Connors, un présentateur météo, travaille au sein de la station de télévision régionale (fictive) WPBH-TV9, basée à Pittsburgh. Méprisant ses auditeurs, imbu de lui-même, Phil est très orgueilleux et accable ses collaborateurs de sarcasmes, ce qui fait qu’il est unanimement détesté par ses collègues de travail.
Sur la côte est des États-Unis, alors qu'une gigantesque tempête de catégorie 5 approche et s'apprête à dévaster le pays, une équipe de hackers infiltre une base militaire secrète pour y voler 600 millions de dollars. Alors qu'ils prennent la fuite, ils sont traqués par Will, un métérologue, et Casey, une convoyeuse. En pleine tempête, ces derniers vont tenter de les arrêter.
Dorothy est une institutrice new-yorkaise de 24 ans, timide et réservée, qui se retrouve emportée par une tornade dans le pays d'Oz, où elle devra apprendre à se connaître elle-même.
Dans une petite ville américaine dont les habitants ont été évacués à cause d'un barrage qui va céder sous la pression de pluies diluviennes, deux convoyeurs de fonds font leur tournée. Mais, bloqués par l'inondation, ils sont, en plus, victimes d'un braquage et l'un d'eux est abattu. Le survivant, Tom (Christian Slater), parvient à cacher l'argent. Les braqueurs se lancent à sa poursuite mais Tom va devoir faire alliance avec eux, l'argent attirant la convoitise des rares personnes restées sur place...
New York, été 1977. Alors que la ville connait une canicule historique, un tueur en série, The Son of Sam, frappe dans le quartier italo-américain de South Bronx. Les rumeurs et soupçons enflent, la presse entretient la paranoïa ambiante : New York suffoque.
Un présentateur météo de Chicago, souvent victime de citoyens mécontents de ses prévisions, est sur le point de passer une audition à New York pour une émission matinale diffusée à la grandeur du pays. Sa vie personnelle est moins brillante et il souhaite se réconcilier avec son ex-femme et ses enfants.
La vie s'écoule paisiblement : Tom est un enfant de 10 ans qui vit avec celui qu'il appelle « grand-père », Ferdinand, fermier à la longue barbe blanche et celle qu'il appelle « maman », Juliette, femme noire très bienveillante ; Juliette et Ferdinand sont les parents adoptifs du jeune garçon. Ils vont retrouver Lili, petite fille de 9 ans dont il est amoureux, dont les parents, propriétaires du zoo local, doivent s'absenter pour aller en Afrique, chercher des crocodiles pour leur zoo.
Treize adolescents embarquent sur le voilier L'Albatross pour huit mois, sous les ordres du prudent et avisé capitaine Christopher Sheldon. Pendant ce voyage, ils vont apprendre à se connaître et se découvrir, entre amitié et rivalité, et affronter les dangers de la mer.
Devant la station météorologique britannique de Wick, en Écosse, la mer se déchaîne. Soudain, une vague gigantesque emporte la station au fond de l'eau. Un peu plus loin, une femme et sa mère sont surprises par l'inondation de leur maison et se retrouvent piégées à l'intérieur. À Londres, encore ignorante de ces terribles événements, Samantha Morrison, à la tête du centre de contrôle de la Barrière de la Tamise, observe avec inquiétude les données météorologiques qu'elle vient de recevoir. Craignant une inondation dans le centre de la capitale, elle décide d'activer la procédure normale de marée haute.