2018年，天网系统与人类的战争使世界陷入了末世般的境况，反抗军精神领袖约翰·康纳（克里斯蒂安·贝尔 Christian Bale 饰）带队执行一次任务的过程中获得了战胜天网的新思路，而天网系统适时推出了新的目标排名，康纳位居次席，榜首上康纳此时尚年青的父亲凯尔·瑞斯赫 然在列。与此同时，一名遗忘了自身过去经历的强壮男子马库斯（萨姆·沃辛顿 Sam Worthington 饰）出现在洛杉矶的废墟中，他与反抗军战士瑞斯偶然结识，并组队前往反抗军总部，不料途中遭机械人袭击，瑞斯被俘。落单的马库斯经由反抗军女战士布莱尔引路，迎来了与康纳命中注定的相遇，但人与机械的对立让康纳不得不视对方为敌人……
　　瑞斯在天网中心生死未卜，同时反抗军高层不肯推迟强行进攻计划，留给康纳的时间不再充裕，他只能选择进行一场赌上性命与荣誉的潜入行动。

　　1959年，美国马塞诸塞州列辛顿威廉道斯小学，该校即将迎来校庆日，小女孩露辛达•安伯利（Lara Robinson 饰）提出的创意为校长所采纳。校庆日时，学生们将画下自己对未来的设想，并集中放入金属时间囊中埋入地下，准备50年后重新开启。校庆日之后，举止怪异的露辛达用鲜血在墙上写下奇怪文字，并向老师提出警告。
　　2009年，威廉道斯小学再次迎来校庆日，被埋藏地下50年之久的时间囊重见天日。小男孩凯勒（Chandler Canterbury 饰）得到露辛达的信，上面没有任何图画，整页布满毫无规律可言的数字。凯勒的父亲约翰（尼古拉斯•凯奇 Nicolas Cage 饰）夜晚研究这些数字，竟发现这是一组具有预言性的密码。文中的数字清楚记录了世界上过去50年所发生的各种灾难。除此之外，这组数字还包括了接下来将发生的重大灾难……

　　近未来，武器研发集团MARS的创始人詹姆斯•麦库伦（Christopher Eccleston 饰）发明了名为“纳罗脉”的微型机器人，该机器人可以在很短时间内吞噬掉挡路的敌人，威力巨大。北大西洋公约组织（NATO）武器研究所对此颇感兴趣，向MARS集团购买了四颗纳罗脉弹头。运送途中，护卫队遭到一伙高科技武装分子的袭击。在弹头即将被抢去之际，另一组神秘人马阻止了武装分子的计划，并解救了护卫队仅剩的两名成员公爵（钱宁•塔图姆Channing Tatum 饰）和开伞索（Marlon Wayans 饰）。
　　解救公爵的正是霍克将军（丹尼斯•奎德Dennis Quaid 饰）所统率的特种部队，公爵和开伞索请求加入该部队，以血前耻。另一方面，阴谋夺取弹头的幕后黑手正是麦库伦，他企图从NATO榨取巨额资金以支持他的研究，继而实现称霸世界的野心。一场正邪较量就此展开……

　　贝拉（克里斯汀•斯图尔特 Kristen Stewart　饰）的18岁生日到了，父亲送了她礼物。爱德华（罗伯特•帕丁森 Robert Pattinson　饰）大方示爱，并为她讲述了意大利吸血鬼王族的传奇。爱德华的红发妹妹爱丽丝（阿什丽•格林尼 Ashley Greene　饰）特意为贝拉举办的生日派对,期间,贝拉无意中划伤了手臂，遭到加斯帕的袭击，靠着爱德华的庇护，才逃过一劫。不过，此后，爱德华逐渐疏远贝拉，并提出了分手。这令贝拉心寒，但爱德华也有苦衷，仍在暗中保护贝拉。贝拉处于空窗期，昔日老友雅各布（泰勒•洛特 Taylor Lautner　饰）嘘寒问暖，两人的关系也由此升温。此后,贝拉因为跳崖获救,才得知雅各布是狼人,专门对付吸血鬼。与此同时，不知情的爱德华以为贝拉自杀，心灰意冷，来到意大利请求王族结束自己的生命……
　　本片根据美国女作家斯蒂芬妮•梅尔（Stephanie Meyer）的畅销小说《暮光之城：新月》改编。