恬静娴淑的女孩印蒂雅·斯托克（米娅·华希科沃斯卡 Mia Wasikowska 饰）18岁生日之际，惊闻父亲理查德（德蒙特·莫罗尼 Dermot Mulroney 饰）死于意外的噩耗。相对于和丈夫一向不睦的母亲伊芙琳（妮可·基德曼 Nicole Kidman 饰），从小和父亲一起打猎的印蒂雅自然承受难以排遣的哀伤与痛苦。葬礼当天，一名有着和善笑容却周身散发阴冷气息的男子毫无征兆出现在斯托克母女身边。他是理查德的弟弟查理（马修·古迪 Matthew Goode 饰），自称刚刚结束环球旅行赶来。伊芙琳对查理表现出不加掩饰的热情和好感，并主动留查理在家中居住。而印蒂雅对这个突然到来的叔叔怀有深深的抗拒与戒备之心。紧张的气氛在这个刚刚失去男主人的家中蔓延，斯托克一家朝向万劫不复的深渊疾驰……

年轻的X教授查尔斯（詹姆斯·麦卡沃伊 James McAvoy 饰）和万磁王埃里克（迈克尔·法斯宾德 Michael Fassbender 饰）是一对志向相投的好朋友。他们最早发现了自己的超能力，并与其他几个变种人一起在CIA工作。引发埃里克超能力的纳粹战争贩子肖（凯文·贝肯 Kevin Bacon 饰）一直试图挑起核战争，而想方设法挑起美苏两国的矛盾。埃里克和查尔斯一直与肖手下的变种人战斗，努力阻止肖的阴谋。肖怂恿苏联引发古巴导弹危机，查尔斯和埃里克获知消息后，在海湾与肖手下的变种人拉开了对决的一战。最终，肖被查尔斯和埃里克合力消灭。可是，在这个过程中，埃里克逐渐被肖的政治观点影响，与查尔斯产生裂痕。通过海湾的这一战，埃里克和查尔斯最终决裂，一方变成支持人类与变种人和平共存的X教授；另一方坚持通过消灭人类换来变种人兴起的观点，自称万磁王......