地球的上空突然出现了十二架贝壳状的不明飞行物，悬浮在十二个不同的国家的上空，外星人向人类发出了讯号，但人类却并不能够解读。美国军方找到了语言学家路易斯（艾米·亚当斯 Amy Adams 饰）和物理学家伊恩（杰瑞米·雷纳 Jeremy Renner 饰），希望两人能够合作破解外星人的语言之谜。

美国气候学家杰克（丹尼斯•奎德 Dennis Quaid 饰）认为，温室效应正在引发地球的大灾难，北极冰川的融化，会让地球回到冰河世纪那样的劫难。他的提醒并没有引起美国当局的重视，一切都已经太晚：飓风、冰雹、洪水、冰山融化、极度严寒，一系列的地球巨变引发了一场不可挽救的灾难。美国政府组织北纬30度的

默默无名的英国特工Eye（Ewan McGregor 饰）在美国花费了十多年的时间遮蔽一位女士Joanna——她被怀疑是多名凶杀案的凶手，被杀害的总是男士。Eye的妻女已经死去，但是女儿的幻觉却时时出现。Joanna与他的女儿几乎有着同样的身世——在圣诞节被父亲抛弃、孤独地长大——她还有着出众的美貌

1960年代的中国，一名年轻女性的关键决定掀起跨越时空的波澜，影响了一群身处现代的杰出科学家。自然法则在他们眼前逐渐支离破碎，五位曾经共事的科学家必须再度合作，化解人类史上最重大的威胁。