在并不遥远的未来，愚蠢的人类发动大规模战争，将赖以生存的世界变成废墟。昔日的国际大都会纽约，破破烂烂的街上走来了杜南·纳兹（LuciChristian配音）及其半机械人男友布里艾诺斯（DavidMatranga配音），他们刚刚搞砸贪婪大佬双角（WendelCalvert配音），无奈只得再度延后前往奥林帕斯的日期。双角承诺交给二人最后一次任务，谁知杜南他们却意外救下了被鸵鸟人战斗机器追杀的艾瑞丝（BrinaPalencia配音）和奥尔森（AdamGibbs配音）。后者来自奥林帕斯，此行他们肩负了关系全人类命运的绝密使命。谁知战争狂人塔洛斯（JoshSheltz配音）带着手下精兵悍将尾随而至，企图掌握艾瑞丝她们的秘密。杜南、布里乃至双角都被卷入这场难以预料的战斗中去……本片根据士郎正宗的经典名作改编。

拥有幸福美满生活的大兵福德·布罗迪（亚伦·泰勒-约翰逊AaronTaylor-Johnson饰），内心隐藏着一个挥之不去的阴影。15年前，他和父亲乔伊（布莱恩·科兰斯顿BryanCranston饰）、母亲桑德拉（朱丽叶·比诺什JulietteBinoche饰）生活在日本。父母供职于一座大型核电站。就在福德的爸爸生日当天，一场突如其来的灾难摧毁了核电站，他的母亲在灾难中丧生，语焉不详的政府隐瞒真相，以防止核辐射的名义封锁了该地区。但是乔伊却从种种异状觉察到反常之处，十五年来他一直试图揭开当天的灾难之谜，终于发现这一切都是由一只如山一般巨大的怪兽所引起。怪兽哥斯拉从沉睡中苏醒，令人难以预测的灾难席卷而来……

高谭市接二连三发生绑架案，嫌疑人都指向了蝙蝠侠。蝙蝠侠（杰森·奥玛拉JasonO’Mara配音）和绿灯侠（贾斯汀·柯克JustinKirk配音）分头找到真凶的线索，对方留下一个神秘仪器后自爆。为了解开仪器的秘密，二人出发寻找超人（艾伦·图代克AlanTudyk配音）希望弄清真相。当他们正逼近事实时，仪器突然启动，原来这是某个外星入侵者设置的时空通道装置，大批外星人通过它开始侵略地球。与此同时，斯通博士也就神秘仪器展开调查，斯通博士的儿子维克（谢默·摩尔ShemarMoore配音）意外被仪器感染，死而复生化身拥有强大实力的超级战士。史无前例的危机，蝙蝠侠、超人、绿灯侠、闪电侠（克里斯托弗·高哈姆ChristopherGorham配音）、黛安娜（米歇尔·莫娜汉MichelleMonaghan配音）相继卷入战斗……

渐渐习惯了现代生活的美国队长史蒂夫·罗杰斯（克里斯·埃文斯ChrisEvans饰），在一次行动后隐隐嗅到神盾局内部所弥漫出来的凶险气味。而当得知神盾局正秘密进行的“洞察计划”后，他更为此感到愤怒。某天，神盾局指挥官尼克-法瑞（塞缪尔·杰克逊SamuelL.Jackson饰）遭到一群武装分子袭击，他拼尽全力将一支U盘交到美国队长手中，这里面藏着该局二战以来最重要且最可怕的秘密。在此之后，美国队长因涉嫌杀害尼克而遭到前局长亚历山大·皮尔斯（罗伯特·雷德福/RobertRedford饰）的通缉和追杀，逃亡中他得到黑寡妇（斯嘉丽·约翰逊ScarlettJohansson饰）和退伍老兵“猎鹰”（安东尼·麦凯AnthonyMackie饰）的帮助。他们必须争分夺秒解开神盾局的秘密，阻止“洞察计划”的施行……