未来的世界，人类已能轻松穿梭于星际之间，在太空中展开商业活动。“诺斯特罗莫”是在太空活动的众多星际商业运输船之一。一次，它完成任务满载太空矿石返航地球时，突然收到了一组奇怪的信号，由于这可能是求救信号，飞船接到指令前往信号源地进行搜救。经过一段飞行后，飞船终于抵达信号源发出的地方。船员们发现此处果然有一艘坠毁的飞船，只是，经过一番搜索，他们发现该船的船员们都早已死亡，化为化石。此时，留在“诺斯特罗莫”号的第三指挥官蕾普莉已经破译出该信号并不是求救信号，而是警告信号！队员的生死搏斗开始了！

战斗中负伤而下身瘫痪的前海军战士杰克·萨利（萨姆·沃辛顿 Sam Worthington 饰）决定替死去的同胞哥哥来到潘多拉星操纵格蕾丝博士（西格妮·韦弗 Sigourney Weaver 饰）用人类基因与当地纳美部族基因结合创造出的 “阿凡达” 混血生物。杰克的目的是打入纳美部落，外交说服他们自愿离开世代居住的家园，从而SecFor公司可砍伐殆尽该地区的原始森林，开采地下昂贵的“不可得”矿。在探索潘多拉星的过程中，杰克遇到了纳美部落的公主娜蒂瑞（佐伊·索尔达娜 Zoe Saldana 饰），向她学习了纳美人的生存技能与对待自然的态度。与此同时，SecFor 公司的经理和军方代表上校迈尔斯（史蒂芬·朗 Stephen Lang 饰）逐渐丧失耐心，决定诉诸武力驱赶纳美人……

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。经过数次的接触，路易斯发现外星人使用了一种极为特殊的圆环状的文字，并逐渐了解了其中的奥妙。由于一直无法确定外星人来到地球的真正目的，中国、俄罗斯等四国决定对外星人发起进攻，美方亦决定放弃研究将全部人员撤离，在这个节骨眼上，路易斯终于明白了外星人的意图，利用外星人赋予她的特殊的“武器”，路易斯以一人之力改变了未来。

小埃利奥特（亨利托马斯）发现一个意外走失的小外星人，他悄悄的收留了小外星人，并把他介绍给自己的哥哥和妹妹。孩子们与外星人友好的相处，给他吃巧克力，带他去郊外寻找家人留下的痕迹，并为小外星人的种种特异功能兴奋不已。渐渐的埃利奥特与外星人之间形成了某种奇妙的联系，跨越了言语沟通的障碍。
可是不久，外星人的存在被大人们知晓，无情的追捕行动展开了。ET被抓进实验室，小埃利奥特也一病不起。孩子们愤怒了，他们自发组织起来，营救外星人。埃利奥特也在心灵的感召下苏醒过来，加入营救行动。他们能成功么？

该片讲述了道士们争夺传闻中神剑的高丽末期和外星人出没的2022年之间的时光之门被打开后，引发的异想天开的故事。