아동 심리학자인 크로우 박사(브루스 윌리스)는 필라델피아 주지사에게 아동을 위해 기여했다는 공로로 상을 받는다. 그날 밤, 부인과 함께 2층에 올라간 말콤 박사는 낯선 침입자를 발견하게 된다. 그 침입자는 몇 년 전 말콤 박사가 치료를 맡았던 '빈센트 그레이'라는 환자인데, 박사는 그에게 총상을 입고 그는 자살한다. 이듬 해 가을, 총상에서 회복한 크로우 박사는 '콜 시어'라는 자폐증에 걸린 8살 된 소년의 정신 치료를 맡게 된다. 콜은 처음엔 쉽게 마음을 열지 않다가 박사의 계속된 노력으로 누구에게도 말하지 않은 비밀을 말한다. 즉 콜은 항상 귀신들이 보이며, 귀신들은 자신이 죽었는지조차 모르고, 보고 싶은 것만 본다고 이야기한다. 박사는 쉽게 믿으려 하지를 않고 마침 부인의 외도를 목격한 후 콜의 치료를 포기하려고 한다. 그러다가 박사는 옛 환자였던 빈센트와의 상담 녹음 테잎에서 귀신의 소리인 듯한 소리를 듣게 되고 콜을 찾아가 콜이 귀신에 대한 공포를 이겨내는 걸 돕게 된다.

아버지의 알츠하이머 치료약 개발을 위해 유인원을 이용, 임상시험에 몰두하는 과학자 윌(제임스 프랭코). 실험에 참가한 한 유인원에게서 어린 시저(앤디 서키스)가 태어나자 연구를 위해 그를 집으로 데려와 가족처럼 함께 지내게 된다. 하지만 시간이 지날수록 시저의 지능은 인간을 능가하게 되고, 어느 날 이웃집 남자와 시비가 붙은 윌의 아버지를 본능적으로 보호하려는 과정에서 인간을 공격한 시저는 결국 유인원 보호시설로 보내진다. 시저는 자신이 인간과 다른 존재라는 것을 서서히 자각하게 되고, 유인원 집단과 그들을 적대시하는 인간과의 전쟁은 피할 수 없게 되는데...

아내를 잃고 아들 미겔마저 외갓집으로 보내고 홀로 환자들을 돌보며 상실감을 견뎌내보는 아담 박사. 정체불명의 바이러스 감염으로 발작을 일으키고 폭력성을 보이는 사람들이 생겨나고 마을이 아수라장이다. 아담박사는 외갓집에 있는 미겔을 찾아 길을 나서는데...

홍콩 출장에서 돌아온 베스(기네스 팰트로)가 발작을 일으키며 사망하고 그녀의 남편(맷 데이먼)이 채 원인을 알기 전에 아들마저 죽음을 당한다. 얼마 지나지 않아 세계 각국의 사람들이 같은 증상으로 사망한다. 일상생활의 접촉을 통해 이루어진 전염은 그 수가 한 명에서 네 명, 네 명에서 열 여섯 명, 수백, 수천 명으로 늘어난다. 한편, 미국 질병통제센터의 치버 박사(로렌스 피시번)는 경험이 뛰어난 박사(케이트 윈슬렛)를 감염현장으로 급파하고 세계보건기구의 오란테스 박사(마리옹 꼬띠아르)는 최초발병경로를 조사한다. 이 가운데 진실이 은폐됐다고 주장하는 프리랜서 저널리스트(주드 로)가 촉발한 음모론의 공포는 그가 운영하는 블로그를 통해 원인불명의 전염만큼이나 빠르게 세계로 퍼져가는데...

세 명의 테러리스트가 제네바의 국제 건강 기구에 침입한다. 그러나 출입 금지 구역에서 벌어진 총격전으로 한명은 사살되고, 나머지 두 사람은 전염성이 강한 치명적인 병균에 노출된다. 그리고 그들 중 한 명이 1,000여명의 승객을 태운 대륙 종단 초특급 열차에 무단 승차한다. 이 사실을 알게 된 미 국방부 정보국은 비상이 걸리고, 맥켄지 대령(Mackenzie: 버트 랭카스터 분)이 사건을 담당하게 된다. 그의 임무는 세균이 퍼지는 것을 막는 동시에 어떤 일이 있어도 이 일이 알려지지 않도록 하는 것이다. 한편 맥켄지와의 무선 연락으로 이 사실을 알게 된 챔버레인 박사(Dr. Jonathan Chamberlain: 리차드 해리스 분)는 그 기차에 탄 수많은 인명을 구하기 위해 맥켄지에게 협조한다. 그러는 중에도 열차 안에는 세균에 감염된 환자들이 점점 늘어가고 있었다. 하지만 챔버레인 박사는 격리 시설로 향하는 도중 지나게 되는 '카산드라 크로싱' 이라는 다리의 안정성에 의문을 제기하고, 열차 전체를 생매장하려는 맥켄지의 음모를 깨닫게 된다.

경제적 어려움에 처한 낡은 병원은 닥치는대로 환자를 받아들이지만, 의사들도 부족하고 시설도 뒤처진 상황에 제대로 된 치료를 제공하지 못한다. 결국 환자들이 급사하는 사태가 벌어지자 의사인 아키바와 우오즈미는 간호사들과 함께 사건을 은폐하려 한다. 바로 그 때, 환자의 시신에서 내장이 녹아내리는데...

전화도 터지지 않는 깊은 산에서 세 커플이 괴생명체의 습격을 받는다. 맷은 몸이 갈기갈기 찢겨 죽은 채 발견되고 약혼녀 브리는 맷을 찾으러 나섰다가 괴생명체에게 물린다. 이때 산에서 은둔생활하는 탤벗이라는 자가 나타나 그들을 자신의 오두막으로 안내한다. 뭔가 수상하고 불길하지만 도움을 받을 수밖에 없는 상황. 그 와중에 브리는 점점 상태가 악화되며 이상 증세를 보이는데...

변종 바이러스의 확산으로 사람들은 점차 좀비로 변해가고, 좀비의 습격으로 사랑하는 아내와 아들을 잃은 ‘렌차드’는 홀로 가족을 죽인 좀비들과 맞서 싸운다. 그러던 어느 날, ‘렌차드’는 컴퓨터 통신을 통해 ‘브리아나’라는 여성으로부터 구조 요청을 받는다. 변종 바이러스의 항체를 가지고 있는 ‘브리아나’. 그런 그녀를 구하기 위해 안티오크에서 ‘빈센트’와 ‘마이크’까지 찾아와 함께 그녀를 구할 것을 부탁 하는데… 인류의 마지막 희망, 그녀를 구하라!