检察官哈维·登特（艾伦·艾克哈特 Aaron Eckhart 饰）死后的八年间，哥谭市在戈登警长（加里·奥德曼 Gary Oldman 饰）的努力下有效地遏制了犯罪活动。而蝙蝠侠布鲁斯·韦恩（克里斯蒂安·贝尔 Christian Bale 饰）因为背负谋杀登特的罪名，被 警方通缉，在哥谭市销声匿迹。然而，这看似平静的状态被恐怖分子贝恩（汤姆·哈迪 Tom Hardy 饰）的出现打破，他利用猫女（安妮·海瑟薇 Anne Hathaway 饰）偷取布鲁斯的指纹，致使韦恩集团面临破财，布鲁斯被赶出董事会。为了保证韦恩集团投资的能源项目不被坏人利用制造核弹，布鲁斯帮助米兰达（玛丽昂·歌迪亚 Marion Cotillard 饰）成为董事会主席。贝恩接下来一连串精密设计的计划将哥谭市陷入孤绝之境，毁灭之日指日可待。布鲁斯只能再次肩负起拯救哥谭的重任，然而至亲的管家阿福辞职离开、猫女的背叛、贝恩的凶残手段，爱人米拉达的真实面目露出，都让他拯救哥谭的行动变得不可能……

道姆·柯布（莱昂纳多·迪卡普里奥 Leonardo DiCaprio 饰）与同事阿瑟（约瑟夫·戈登-莱维特 Joseph Gordon-Levitt 饰）和纳什（卢卡斯·哈斯 Lukas Haas 饰）在一次针对日本能源大亨齐藤（渡边谦 饰）的盗梦行动中失败，反被齐藤利用。齐藤威逼利诱因遭通缉而流亡海外的柯布帮他拆分他竞争对手的公司，采取极端措施在其唯一继承人罗伯特·费希尔（希里安·墨菲 Cillian Murphy 饰）的深层潜意识中种下放弃家族公司、自立门户的想法。为了重返美国，柯布偷偷求助于岳父迈尔斯（迈克尔·凯恩 Michael Caine 饰），吸收了年轻的梦境设计师艾里阿德妮（艾伦·佩吉 Ellen Page 饰）、梦境演员艾姆斯（汤姆·哈迪 Tom Hardy 饰）和药剂师约瑟夫（迪利普·劳 Dileep Rao 饰）加入行动。在一层层递进的梦境中，柯布不仅要对付费希尔潜意识的本能反抗，还必须直面已逝妻子梅尔（玛丽昂·歌迪亚 Marion Cotillard 饰）的处处破坏，实际情况远比预想危险得多……

伊万（艾什顿·库奇 Ashton Kutcher 饰）曾经有一个糟糕的童年，因为他行为闯下了大祸，令他童年充满不堪回忆的往事。而事实上，他确实只是依稀记得一点可怕的情景，这些情景一直纠缠着他的正常生活。伊万接受心理学家建议，把琐碎生活记在记事本里，却偶然发现通过记事本回到过去。
这时他才清楚记起，童年时候的自己做了那么多的错事。他幻想着用现在的意识，潜入童年的身体，去弥补种种过失给人们带来的伤害，尤其是希望与当年暗恋的凯西最终走回一起。然而他一次次的跨越时空的更改，只能越来越招致现实世界的不可救药。一切就像蝴蝶效应般，牵一发而动全身。

T病毒在蜂巢中肆虐并很快打破了地面上浣熊市的平静，丧尸开始在人群中出现，安布雷拉公司将整个城市封锁，计划使用核武器摧毁城市以掩盖病毒外泄的事实。被安布雷拉注射T病毒使身体能力远超常人的爱丽丝（米拉·乔沃维奇 饰）由昏睡中醒来，她在混乱的浣熊市与防卫队员瓦伦汀（西耶娜·盖尔利 饰）、记者泰莉等人组成队伍，试图找到脱身之法。另一方面，安布雷拉公司的科学家艾肯佛博士为搭救被公司抛弃在城中的女儿安琪拉，以提供逃生方式为代价请求爱丽丝和防卫人员卡洛斯（奥德·菲尔 饰）两组人马帮助。而安布雷拉公司派出了由环保分子麦特所改造成的“复仇邪神”阻止这一切……

为军方研究生化武器的安布雷拉公司在浣熊市地下设有巨大的研究中心——蜂巢，由于一次意外事故导致可通过空气传播的生化武器泄露，负责蜂巢安保的电脑系统“红色女王”启动应急措施，却导致数百名工作人员罹难……四小时后，蜂巢安保人员爱丽丝（米拉·乔沃维奇 饰）在蜂巢出口醒来，并且因为催眠气体而失忆。一支受命关闭红色女王的特种小队来到此处，与爱丽丝、自称警察的安德森，以及蜂巢工作人员帕克斯组队深入地下。一行人因任务目标与红色女王冲突而先后遭遇保卫系统和丧尸的连番袭击，而爱丽丝渐渐恢复的记忆揭示了她与同行者非同一般的联系……

终于有一天，人类向日渐增多的血族和狼族宣战，这两个族群遭到大肆围剿与屠杀，人类取得绝对的优势。塞琳娜（凯特·贝金赛尔 Kate Beckinsale 饰）和约翰也在这场浩劫中遭难，当她再次醒来时，却发现自己被名为抗原研究所的机构囚禁起来，编号实验品1号。她奋力突破了束缚，根据共视的能力在黑暗的都市中寻找实验品2号——约翰。途中她遭遇血族的同伴相助以及狼人的袭击，当她找到被狼人们追逐的实验品2号时却发现，眼前竟是一个从没见过面但有着极为恐怖力量的小女孩——伊薇（英迪娅·埃斯利 India Eisley 饰），而她是血族与狼族的混血儿。
在这个陌生的时代，塞琳娜注定继续过着血雨腥风的生活……