结婚纪念日当天，CIA特工伊芙琳·绍特（安吉丽娜·朱莉 Angelina Jolie 饰）受命审讯一名投案自首的俄罗斯间谍。对方声称自80年代便潜入美国，并且透露有一名间谍大师曾训练数名儿童，将他们培养成间谍送入普通的美国家庭中，伺机刺杀美国总统。令在场所有特工震惊的是，这个俄国人竟指认绍特是这群孩子中的一员。
　　不顾CIA探员们的阻拦，绍特执意返回家中。经过一番惊险追逐，她暂时逃过昔日同伴的追捕。不久，俄罗斯总统访问美国，绍特再次卷入各种阴谋之中，而她的真实身份也变得愈加扑朔迷离……

影片讲述1962年，汉森饰演的非裔美国数学家与斯宾瑟和梦奈两位“同事”组成智囊团，为宇航员约翰·格伦成功绕地球轨道飞行做出贡献。

年轻的X教授查尔斯（詹姆斯·麦卡沃伊 James McAvoy 饰）和万磁王埃里克（迈克尔·法斯宾德 Michael Fassbender 饰）是一对志向相投的好朋友。他们最早发现了自己的超能力，并与其他几个变种人一起在CIA工作。引发埃里克超能力的纳粹战争贩子肖（凯文·贝肯 Kevin Bacon 饰）一直试图挑起核战争，而想方设法挑起美苏两国的矛盾。埃里克和查尔斯一直与肖手下的变种人战斗，努力阻止肖的阴谋。肖怂恿苏联引发古巴导弹危机，查尔斯和埃里克获知消息后，在海湾与肖手下的变种人拉开了对决的一战。最终，肖被查尔斯和埃里克合力消灭。可是，在这个过程中，埃里克逐渐被肖的政治观点影响，与查尔斯产生裂痕。通过海湾的这一战，埃里克和查尔斯最终决裂，一方变成支持人类与变种人和平共存的X教授；另一方坚持通过消灭人类换来变种人兴起的观点，自称万磁王......

查理(马克·沃尔伯格 Mark Wahlberg 饰)本来可以拿着抢劫回来的那箱黄金安度余生，同伙史蒂夫（爱德华·诺顿 Edward Norton饰）的出卖却让他的阵脚大乱。史蒂夫不但独吞了巨款逃亡洛杉矶，还害得查理尝尽牢狱之苦。
　　现在从监狱出来的查理，正踌躇满志要找史蒂夫算上一帐。他网罗了盗窃高手——美女斯黛拉（查理兹·塞隆 Charlize Theron 饰）专门负责开保险柜，而他和其他搭档，则全力设计出一条通畅的大道，供迅速逃跑之用。斯黛拉前往引史蒂夫上勾，却被老奸巨猾的史蒂夫识破。查理则飞速的破坏了洛杉矶的红绿灯系统，洛杉矶发生了蔚为壮观的大塞车，然而，令他们意外的是，逃脱没有如此简单——史蒂夫没有驱车追赶，他用了一辆直升飞机，在他们上空穷追不舍。洛杉矶的地下隧道和街头小巷，陷入了一片混战。

圣诞节前夕，波斯尼亚战争终于达成停火协议，亚得里亚海上的美军官兵们即将返回家乡。海军领航员伯纳中尉（Owen Wilson 饰）早已厌倦这场无意义的战争，长官莱斯利（Gene Hackman 饰）出面劝解却无济于事。圣诞当天，伯纳与搭档驾驶大黄蜂战机执行航拍任务，无意中瞥见非安全区中有武装人员行动，两人决定介入，却被对方的萨姆导弹击落，搭档被对方处死，伯纳侥幸脱险，但对方搜寻人员沿路追踪不舍。与此同时，接到伯纳求救信息的莱斯利苦于北约将军节制，在所谓顾全大局的考虑下无法介入非安全区搭救伯纳，莱斯利只好借助媒体力量甚至不惜盗用盟友设备，展开了一场对落入敌后下属的拯救行动。

艾伦（范妮莎•L•威廉姆斯 Vanessa Williams 饰）是美国最大武器武器制造公司西历公司的高级职员，她慢慢发现了这加公司的一些黑幕――该公司生产了一种明令禁止的武器并在黑市交易。FBI利用艾伦获得了一些证据，艾伦成了本案的关键证人。鉴于这间公司的势力，证人保护中心派出了法警约翰（阿诺•施瓦辛格 Arnold Schwarzenegger 饰）前往保护艾伦。
　　当约翰赶到艾伦家时，杀手正在谋杀艾伦。约翰救出了惊魂未定的艾伦，并告诉了她现在情况。安顿好艾伦后，约翰前往酒吧和同伴罗伯特（詹姆斯•凯恩 James Caan 饰）见面，罗伯特告诉约翰因为保护证人的计划泄漏，要重新安排，并要求约翰一起行动。向来都是独立完成任务的约翰起了疑心，他慢慢开始觉得这件事背后的势力并不简单。

美国国防部的一块电脑芯片不见了，里面存着高级的机密。国际犯罪分子也将其价格炒到了天文数字。为了能完成交易，犯罪分子将其藏匿在一台玩具遥控车里面，并顺利通过了机场的安检。不过，途中却阴差阳错的被一位老太太调包，最终这台藏着高级机密芯片的遥控车被送到了8岁男孩儿阿历克斯（亚历克斯·D·林兹 Alex D. Linz 饰）的手中。为了取回芯片，受过专业训练的犯罪分子潜入了阿历克斯所住的小区。一天晚上，阿历克斯因为长水痘而被独自留在了家里，这给犯罪分子极大的机会。不过……阿历克斯却不是他们想象中的8岁男孩儿，他有着让人意想不到的“武器”，最终用智慧打败了犯罪分子。
　　由于之前两部的小主角麦考利克金在第三部开拍时已经长大，所以第三部启用了新的小主角亚历克斯·D·林兹。