2017年，母星遭到毁灭的外星流亡者入侵地球。人类虽然用核武器打败对手，但也付出失去家园的惨痛代价。在接下来将近半个世纪的时光中，人类移民泰坦星（土卫六），不过仍有极少部分人类留在故土，扫荡残存的外星掠夺者。杰克·哈珀（汤姆·克鲁斯 Tom Cruise 饰）与维多利亚（安德丽亚·瑞斯波罗格 Andrea Riseborough 饰）即是留守者中的一员，他们的主要任务为保障遍布各地守护水萃取塔的无人机正常运行。看似永无止境的任务终于接近尾声，而就在此刻，不明飞行器坠落一处无人区。杰克在当地发现数名人类伤员，可是他们却遭到无人机的屠杀。危急时刻，杰克救下了一个名为茱莉亚（欧嘉·柯瑞兰寇 Olga Kurylenko 饰）的女子。
这一事件令杰克无意中知晓了掠夺者以及自身背后隐藏的秘密……

中情局获得情报，得知他们的特工中出了一个叛徒，准备将中情局布置在东欧的特工名单出卖给外国特工组织。在特工头目吉姆（乔恩•沃伊特 Jon Voight 饰）的策划下，伊森（汤姆•克鲁斯 Tom Cruise 饰）所住的一组特工赶往了他们交易的地点。
岂料，当他们按计划赶到 时，却中了埋伏，一组人中除了伊森和吉姆的妻子克莱尔，其他队员都被杀害。这时，伊森的账户无端端多出了12万美金。伊森成了内鬼的最大的嫌疑犯。
无奈之下，伊森只能凭个人之力独闯龙潭虎穴去找出出卖他们的内奸。他和外国间谍组织的接头人麦克斯取得联系后，答应帮麦克斯偷出中情局的间谍名单以交换中情局内鬼的名字。

未来世界陷入外星人入侵的恐慌中，军事演说家凯奇少校（汤姆·克鲁斯 Tom Cruise 饰）畏惧上战场，他从没想过将军（布莱丹·格里森 Brendan Gleeson 饰）会让他去指挥即将开始的“诺曼底战役”，拒绝接受命令之后将军居然恶整了他，那就是把他当做逃兵扔进了军 营中。凯奇被归入了J小队中进行战斗，战役的第一天就惨死在战场，没想到这一死让他拥有了时空循环的能力，而唯一相信他的人就是被称为“全金属战士”的丽塔·沃拉塔斯基（艾米莉·布朗特 Emily Blunt 饰）。二人开始了时空循环作战，在训练凯奇的同时他们发现了控制时间的奥秘，这与外星人“主脑”欧米茄有关，但是唯一能取得胜利的方法就是让凯奇不断死去、不断重启时间。在不断重复登陆那天的战斗的同时，凯奇越来越不想失去丽塔……