他人の夢に潜入してアイデアを盗み出す企業スパイのコブは国際指名手配犯であるが、それと同時に妻モルを殺した容疑もかけられていた。そんな彼に日本人男性サイトーからある依頼が。それはこれまでのように思考を盗み出すのではなく、標的にした人物の潜在意識に、あるアイデアを移植する“インセプション”という仕事だった。コブはサイトーを含むスペシャリスト6人を集め、標的の男性ロバートの夢に潜入しようとする。

世界最大の検索エンジンを運営するブルーブック社のプログラマーである青年ケイレブは試験の結果、社長ネイサンが隠遁生活を送る山荘で1週間滞在することに。人里離れた土地にある山荘はネイサンが人工知能を研究している施設で、ケイレブは人工知能の実用性と人間性についてのテストに協力させられる。そこで人工知能を持つ女性型ロボットのエヴァと出会うが、エヴァはネイサンが嘘つきなので気を付けろとケイレブに警告する。

2010年夏。健二（神木隆之介）は高校２年生の草食系男子。数学オリンピックへの出場を逃し、夏休みの予定は世界中の金融やインフラを担うシステム“OZ”の保守点検をするバイトだけ。ある日、健二は先輩の夏希（桜庭ななみ）に頼まれ、長野県上田市にある彼女の実家に行くことに。憧れの先輩との旅に胸を躍らせる健二。しかし夏希は曾祖母・栄（富司純子）の誕生祝いのために親戚一同が集合した場で、突然、健二が自分のフィアンセだと紹介！実は、夏希が健二を連れてきたのは、病気がちな栄を安心させるための苦肉の策。うろたえながらも、健二はフィアンセのふりをすることになってしまう。 個性豊かな面々が集まり賑やかな宴会がスタートするが、そこに曾祖父の隠し子・侘助（斎藤歩）が現れた。一族の異端児である侘助の登場で、楽しかった宴会の雰囲気は一変。さらに翌朝。仮想世界のOZが何者かによって荒らされ、現実社会でも各所で大混乱が勃発。しかも何故か、健二がその混乱を巻き起こした張本人だと報道されてしまい…！？

前作で描かれた人類とKAIJUの死闘から数年が経過し、平穏が戻っていた地球。しかし進化を遂げたKAIJUが再び姿を現した事で、つかの間の平和は脆くも崩れ去る―。さらに、謎の黒いイェーガ―"オブシディアン・フューリー"の出現により、人類を守るはずのイェーガ―同士による激しい戦いも発生。果たして、スタイリッシュに洗礼されパワーアップした新世代のイェーガーに乗り込む若きパイロット達は、迫りくる危機を乗り越える事は出来るのか。