艾文（盖·皮尔斯 Guy Pearce 饰）是一名德高望重的大学教授，拥有一位非常贤惠的妻子，无论是家庭生活还是事业，艾文无疑都是周遭朋友们眼中的典范。可实际上，艾文是一个斯文败类，他和手底下的很多女学生之间都有着纠缠不清的暧昧关系。
　　某日，一位名叫乔伊斯（奥德娅·拉什 Odeya Rush 饰）女生离奇死亡，她正是艾文的学生。乔伊斯的死很快就引起了警探马罗伊（皮尔斯·布鲁斯南 Pierce Brosnan 饰）的注意，随着调查的深入，种种的线索都将嫌疑人的目标指向了艾文。虽然马罗伊对艾文高度怀疑，但却始终找不到可以给他定罪的确凿证据，与此同时，艾文的妻子亦知晓了丈夫的猥琐勾当。

　　驻扎在印度尼西亚的美国CIA探员，詹姆斯·席尔瓦，从小就有狂躁症的他，却是数一数二的特工。他所属的精密作战小队从接到任务开始就不再归属任何国家的管控。正当席尔瓦的团队在为放射性核武器的下落苦恼时，当地警官李努尔，也是团队的污点证人，突然现身并揭发了核武器的所在。剩下的核武器所在地点被他加密 保存，他要求席尔瓦等人8小时内把他送出印尼，才会说出密码，否则所有未找到的核武器就会同时爆炸。时间紧迫，席尔瓦等人立即向CIA递交了辞呈准备先锋护送行动，目的是把李努尔送到22英里之外的飞机“天使号”上，并得到李努尔手中的磁盘密码。短短的22英里，却是危机四伏，当地的印尼特工为了追捕李努尔，对席尔瓦进行了沉痛的打击。但他们双方都不知道的是，俄方情报局正在背后秘密监视着整个行动，席尔瓦等人也并不知道这场行动从一开始就是场特洛伊行动。

　　莉娜（娜塔莉·波特曼 Natalie Portman 饰）是一名生物学家，一年前，她的丈夫凯恩（奥斯卡·伊萨克 Oscar Isaac 饰）在参加一项秘密任务后神秘失踪，这一年间，莉娜一直生活在悲伤之中。某天，失忆的凯恩忽然出现在了莉娜的面前，之后晕倒被送入了医院。在那里，莉娜遇见了文崔斯博士（詹妮弗·杰森·李 Jennifer Jason Leigh 饰）。
　　博士告诉莉娜，凯恩被派往了一块被“闪光”笼罩的未知区域，三年间，无数的队伍被派往区域内进行勘探，只有凯恩一人活着回来了。不仅如此，“闪光”正在不断的扩大。为了查明事情的真相，莉娜自愿加入了下一批被派遣的队伍之中，和她一同前往的，除了文崔斯博士外，还有安雅（吉娜·罗德里格兹 Gina Rodriguez 饰）和乔茜（泰莎·汤普森 Tessa Thompson 饰）。

　　最先与灭霸军团遭遇的雷神索尔一行遭遇惨烈打击，洛基遇害，空间宝石落入灭霸之手。未几，灭霸的先锋部队杀至地球，一番缠斗后掳走奇异博士。为阻止时间宝石落入敌手，斯塔克和蜘蛛侠闯入了敌人的飞船。与此同时，拥有心灵宝石的幻视也遭到外星侵略者的袭击，为此美国队长、黑寡妇等人将其带到瓦坎达王国，向黑豹求助。幸免于难的索尔与星爵一行相逢，随后他们兵分两路。索尔与火箭、格鲁特踏上再铸雷神之锤的旅程，星爵则与卡魔拉等人试图阻止灭霸的恶行。而知晓灵魂宝石下落的卡魔拉，同样是其义父灭霸追踪的对象。
　　攸关整个宇宙命运的史诗战役全面展开，超级英雄们为了平凡而自由的生命奋不顾身……