Melancholia' vertelt het verhaal van een groep mensen die moeten zien om te gaan met het sterven van de Aarde. Onder hen zijn de twee zussen Justine en Claire. Justine staat op het punt om te trouwen, als er plotseling een enorme planeet genaamd ‘Melancholia’ kennelijk dreigend dicht bij de aarde opdoemt...
Curtis LaForche woont in een klein stadje in Ohio samen met zijn vrouw Samantha en dochter Hannah, een 6-jarig doof meisje. Wanneer Curtis angstaanjagende dromen krijgt, houdt hij de visioenen voor zichzelf. Hij probeert zijn angst te onderdrukken door obsessief een stormbunker te bouwen in zijn achtertuin. Zijn schijnbaar onverklaarbare gedrag zorgt voor verwarring in zijn omgeving, maar de daaruit vloeiende spanningen in zijn huwelijk en de gemeenschap vallen in het niet bij wat zijn dromen werkelijk betekenen...
Het dodelijke Medusavirus, dat zijn slachtoffers versteent, overspoelt de hele wereld. De autoriteiten slagen er niet in om een remedie te vinden en besluiten een aantal mensen in vriesslaap te brengen in afwachting van een geneesmiddel. De jonge Kasumi is een van de 160 uitverkorenen. Ze wordt naar het Cold Sleep Capsule Center gebracht, een reusachtige crypte binnenin een oud kasteel. Kasumi hoopt dat ze bij het ontwaken haar tweelingzus Shizuku zal kunnen terugzien, ook al werd deze aangetast door het Medusa virus. Wanneer Kasumi en de anderen wakker worden, merken ze dat hun omgeving drastisch is veranderd.
Het verhaal speelt in de toekomst (1964) wanneer bijna al het leven op aarde is vernietigd door de radioactiviteit van een nucleaire holocaust. Alleen Australië is gespaard gebleven, maar het is slechts een kwestie van tijd voor ook zij de radioactiviteit zullen ondervinden.
Wanneer de klimaatverandering het voortbestaan van de aarde bedreigt, verenigen regeringen wereldwijd zich in de creatie van de Dutch Boy Program. Dit programma beslaat een mondiaal netwerk van satellieten, gewapend met technologieën om natuurrampen af te wenden.
Door een wereldwijde gebeurtenis worden alle elektronica uitgeschakeld en verliest de mens zijn vermogen om te slapen. De dochter van Jill, een voormalige soldate die een getroebleerd verleden met zich meedraagt, kan weleens de sleutel zijn tot het vinden van een geneesmiddel. Terwijl de wereld in chaos vervalt poogt Jill haar dochter veilig onder te brengen alvorens ze zelf gek wordt.
De wetenschapper Augustine bevindt zich alleen op de Noordpool. Hij poogt in contact te komen met een ruimteschip dat terug op weg is naar de aarde. De bemanningsleden, waaronder de jonge Sully, zijn namelijk op weg naar een planeet die de gevolgen draagt van een globale ramp.
Een ongeziene globale pandemie heeft de meerderheid van de mensheid veranderd in gewelddadige "Geïnfecteerden". Een man die over de gave beschikt om te communiceren met deze "Geïnfecteerden" leidt een kleine groep overlevenden in een zoektocht op de patiënt bij wie het allemaal begon en een mogelijke remedie.
Een wetenschapper ontvangt het bericht dat de aarde getroffen zal worden door een allesvernietigende vloedgolf. De wetenschapper neemt het bericht serieus en bouwt tot grote verbazing van veel mensen een gigantische ark.
Een haaienbeet verspreidt een virus over de hele wereld, waardoor de wereld op zijn kop staat. Diep onder de oceaan racet een groep onderzoekers tegen de klok om een geneesmiddel te vinden. Iets heeft de laboratoriumtechnici besmet en het is een race tegen de klok om de oppervlakte te bereiken met een tegengif voordat ze allemaal worden gedood door zichzelf en de haaien die op de loer liggen in het testzwembad en buiten in de oceaan.
Wetenschappers ontdekken dat een groep meteoren op een botsingskoers met de aarde raast, en als ze inslaan, zal de planeet worden vernietigd.