어린 시절 뜻하지 않은 사고로 아버지를 잃고 죄책감에 빠진 울버린은 형 세이버투스와 함께 도피 생활을 하던 중 군인의 신분으로 전쟁터를 전전하다 스트라이커 대령의 팀원이 되어 활약한다. 끝모를 살육의 임무를 수행하면서 회의감에 빠진 울버린은 형의 반대에도 자신의 길을 찾아 떠난다. 세월이 지난 뒤 숨어서 살던 울버린에게 스트라이커 대령이 찾아와 누군가가 노린다며 경고를 한다. 결국 사랑하는 애인까지 잃은 울버린은 복수를 위해 자신의 육체를 스트라이커 대령에게 맡기고 실험을 거쳐 웨폰 X로 태어난다.

기상학자인 잭 테이트는 어느 날 연구 함선을 타고 항해 중이던 친구 알렉스가 선원들과 함께 사망하는 사건이 발생하자 원인을 알아보던 중 환경 오염 때문에 오존층에 균열이 생겨 중간권의 찬 공기가 새어들어 한랭전선을 형성했다는 사실을 알게 된다. 잭은 곧 한랭전선이 호주를 강타할 것이라고 예상하고 딸인 나오미를 연구실로 데려온다. 별거 중인 잭의 부인 에마는 부모님과 함께 연구실로 가려다가 시간이 부족해 부모님의 집에서 대피한다. 곧 한랭전선이 도착하자 미처 대피하지 못한 사람들은 길거리에서 순식간에 얼어붙어 버리고, 잭은 해결책을 찾으려고 애를 쓰는데...

쌍둥이 남매인 스티븐과 미셸은 6년 전에 아버지가 실종되면서 힘든 시간을 보낸다. 미셸은 신앙심으로 과거를 이겨냈지만, 여전히 방황 중인 스티븐은 가족들을 걱정시키고 학교에서 따돌림까지 당한다. 그러던 중 외할아버지인 조지프가 교회에서 부제 서품을 받게 되면서, 이들에게 기이한 사고들이 발생하는데...

가까운 미래. 개인이 아닌 국가를 목표로 한 국제테러 방지를 위해 극비리에 무기개발에 착수했던 국방성은 관제센터의 통제가 불가능할 경우 스스로의 감정과 판단에 의해 독자적인 임무 수행이 가능한 인공지능 시스템 E.D.D.I.E. 개발에 성공한다. E.D.D.I.E.가 탑재된 새로운 무인전폭기 스텔스가 실전배치되자 헨리(제이미 폭스), 벤(조쉬 루카스), 카라(제시카 비엘)로 구성된 최정예 스텔스 파일럿 부대는 어느때보다 강렬한 긴장감에 휩싸인다. 탐색불허, 추적불가, 통제불능. 상상을 초월하는 거대한 액션이 시작된다! 악천후 속 극비임무를 수행하던 스텔스기는 돌발상황을 겪은 이후 점차 통제 불가능한 상태에 빠져든다. 인간에 대한 의심으로 정비조차 거부하던 E.D.D.I.E.는 급기야 독자적인 상황판단으로 목표를 정하고 무차별 폭격을 감행한다. 이제 한순간에 믿음직한 아군에서 가장 강력한 적으로 변해버린 스텔스기를 상대로 최정예 3인 편대의 처절한 저항이 펼쳐지는데.