1982年の南極。ノルウェー隊のヘリが、1匹の犬を追ってアメリカ南極観測隊第4基地へ現れた。銃や手榴弾を使い執拗に犬を狙うが失敗し、手違いからヘリは爆発。一人生き残ったノルウェー隊員は基地内へ逃げた犬を追って銃撃を続け、基地の隊員を負傷させるが基地の隊長により射殺される。ノルウェー基地へ向かったヘリ操縦士のマクレディらが見つけたものは、自殺し凍りついた隊員の死体、何かを取り出したと思しき氷塊、そして異様に変形し固まったおぞましい焼死体だった。一行は調査のため、記録フィルムと焼死体を持ち帰る。

海と雲に覆われた惑星ソラリスを探索中の宇宙ステーション「プロメテウス」との通信が途切れたことから、心理学者のクリスは調査のために派遣される。 「プロメテウス」に到着したクリスが目にしたのは、友人の自殺死体、いないはずの人物の痕跡、そして知性を持つ有機体である海が及ぼす、不可解な現象の数々であった。

世界中を熱狂の渦に巻き込んだ『スター・ウォーズ』が日本で公開され、SF映画に感銘を受けた高校生の広志は自分も巨大な宇宙船を撮りたいと友人の喜男と共に宇宙船のミニチュアを作り、８ミリカメラで撮影し始める。当初、宇宙船を撮ることしか考えていなかった広志だったが、「ちゃんと一本の映画にしろよ」とカメラ屋の店員・寺尾にアドバイスされ、以前から好きだった同じクラスの夏美をヒロインにしたいという思いもあり、ホームルームでクラスの文化祭企画が議論されている時に勢いで、８ミリ映画作りを提案。

前作の主人公ビリーと恋人ケイトは二人そろってニューヨークで新生活を送っていた。大富豪クランプの所有するクランプ・センターがその働き口だったが、ビリーはそこで、チャイナタウン再開発のために発見されたモグワイと再会する。しかしまたしても偶然と失敗が折り重なってモグワイの体からグレムリンが発生、しかも今度はセンターの研究所で開発中のバイオ・テクノロジーと融合、新種のグレムリンが大量発生してしまうのだ。

アメリカのとある町で、一人の女性が自宅で変死体となって発見された。残された手がかりはキッチンに飛び散っていたトマトのみ。しかしそれは恐るべき事件の幕開けにすぎなかった…。