Il film comincia dove terminava il primo capitolo, ovvero con Marty e Jennifer che partono insieme allo scienziato Doc, inventore della macchina del tempo, per il 2015 allo scopo di evitare che il futuro dei loro figli possa essere in pericolo. Ma la situazione precipita e ad essere in pericolo non è più il futuro, ma il passato. Marty dovrà tornare nuovamente nel 1955 e...

L'ammiraglio Kirk e il suo equipaggio decidono di tornare sulla Terra con lo Sparviero (ribattezzato HMS Bounty) catturato ai Klingon nel precedente episodio (Star Trek III: Alla ricerca di Spock), tutti rassegnati a subire la corte marziale per avere sottratto e distrutto la nave stellare USS Enterprise. Avvicinandosi al pianeta ricevono però un messaggio che avvisa che la Terra è sotto l'attacco da parte di una misteriosa e invulnerabile sonda spaziale aliena, che cerca di mettersi in comunicazione con le balene megattere, la cui specie però è estinta da tempo.

A seguito degli eventi di Iron Man 3, Trevor Slattery è diventato un famigerato malvivente e si trova in un carcere di massima sicurezza. Per sua fortuna, il suo nuovo ruolo gli garantisce celebrità e protezione all'interno della prigione, e l'attore concede volentieri un'intervista approfondita a un regista di documentari.

Quando lo scienziato diabolico Mr. Freeze mette in funzione la sua recente invenzione su due dei più terribili criminali di Gotham City – Killer Croc e Bane – le cose vanno di male in peggio. Trasformati in enormi mostri mutanti, i due supercattivi iniziano a stravolgere le strade di Gotham City, senza alcuna intenzione di smettere. È compito del Giustiziere mascherato e della sua squadra di Supereroi risolvere la situazione mettendo le briglie ai due giganti robot meccanici. La battaglia sarà, tuttavia, difficile perché i nemici da affrontare sono davvero immensi.

Torniamo agli anni sessanta con Batman e Robin di nuovo in azione quando Gotham City viene minacciata da un quartetto formato dai nemici più diabolici di Batman - Pinguino, Joker, Enigmista e Catwoman. Questa volta, i quattro supercriminali hanno unito i loro malvagi talenti per ideare un piano così scellerato che il dinamico duo avrà bisogno di andare nello spazio (e viceversa) per sventare i loro acerrimi nemici e ristabilire l'ordine a Gotham City.

Anno 2003. Marcus Wright è detenuto nel Braccio della Morte in attesa di ricevere l'iniezione letale. Ha ucciso suo fratello e due poliziotti e vuole soltanto farla finita ma la dottoressa Serena Kogan ha deciso per lui un altro destino. Firmato un documento legale che consegna il suo corpo alla scienza e gli promette una seconda opportunità, Marcus viene ‘terminato'. Anno 2018. John Connor, leader ideale e carismatico del genere umano, partecipa alla Resistenza contro Skynet, il network di intelligenze artificiali, e il suo esercito di Terminator indistruttibili. Efficace e intraprendente, è deciso a sferrare un attacco mortale al nemico, a trovare suo padre Kyle Reese e a garantire un futuro all'umanità dopo l'apocalisse nucleare scatenata dalle macchine. Lo aiuterà Marcus, galeotto venuto dal passato e portatore di un segreto. Diffidenti ma determinati a vincere la loro battaglia, collaboreranno e troveranno la verità nel cuore.

Due criminali funestano Gotham City: "Due Facce", magistrato deturpato e impazzito, e l'Enigmista, scienziato folle e geniale con l'ossessione degli indovinelli. Bruce Wayne, alias Batman, rivive i propri traumi infantili quando la famiglia del giovane trapezista Dick Grayson viene decimata da "Due Facce", ma per fortuna interviene l'incandescente psicanalista Chase Meridian. Alla fine Dick diventerà Robin per affiancare Batman nella resa dei conti.

Phantom è un eroe immortale (nel senso che il suo mito si tramanda per generazioni) la cui missione è quella di lottare contro ogni forma di crudeltà e ingiustizia umana. Si trova così a dover impedire che un criminale riesca a impossessarsi dei leggendari teschi di Touganda, capaci di donare una forza sovraumana. Per combattere contro il supercattivo, il giustiziere mascherato lascia la natia Africa per andare a New York.

Il malvagio Mr. Freeze vuole distruggere la città se non verrà accolta la sua richiesta di mettere tutto ai suoi ordini. Le autorità si rivolgono a Batman, che subito si mette in azione. Tra i suoi avversari si inserisce anche Poison Ivy, che cerca di ingannare il giovane Robin per arrivare a far cadere in trappola Batman.