在高华大学变异的经历总在重演，关于军方通缉的亦围绕在脑海，科学家BruceBanner（爱德华·诺顿EdwardNorton饰）就在这样的梦魇下在巴西一边控制着体内的伽马辐射带来的异常，一边努力和纽约的蓝先生寻求解决办法。在汽水生产厂房的他一日不小心割伤手指，让血滴入了汽水瓶，远销到美国的这瓶汽水暴露了他的行踪。美国军方穷尽能力追捕他，还找来求胜心切的英国霹雳将军EmilBlonsky（蒂姆·罗斯TimRoth饰）。被逼到绝路的Bruce变身为绿巨人，Emil和其他军人都大吃一惊。为了亲手擒住Bruce，Emil建议给自己注入可使基因变异的样本。Bruce在美国隐匿时遇到旧女友BettyRoss（丽芙·泰勒LivTyler饰），Betty义无反顾地站在他一边，同时发现，她拥有令他体内绿巨人安稳的力量。那边Emil已经被求胜蒙蔽了眼睛，他的寻衅加上美国军方极度想利用Bruce体内异能作为残暴行径的决心，一场大战已经避无可避。

“霸天虎”的先遣部队旋风和毒蝎袭击了美军位于卡塔尔的军事基地，与此同时，路障帮助他的搭档迷乱潜入了美国总统的座机空中一号，通过电脑获悉，要想找到威震天就必须找到维特维奇家族的那副眼镜，上面有威震天关于能量块的信息扫描，而它现在的拥有者萨姆·维特维奇（希安·拉博夫饰）成为了“霸天虎”攻击的目标。萨姆是名高中生，学校里没有人相信他讲述的关于这副眼镜的历史，失望之余，萨姆把眼镜放到网上拍卖，然而从未引起买家的兴趣。这时父亲送了一辆破车给他，这辆车恰好就是“汽车人”大黄蜂的变形。大黄蜂帮助萨姆交上了漂亮的女朋友（梅甘·福克斯饰），但很快就遭遇了“霸天虎”的袭击，擎天柱带着其他“汽车人”赶到，一场机器人大战由此拉开了序幕。

　　美国加州某大学，佐伊·麦康奈尔（奥利维亚·王尔德 Olivia Wilde 饰）和恋人兼合作者弗兰克·沃顿（马克·杜普拉斯 Mark Duplass 饰）正在进行一项复生项目，在新人艾娃摄像机的记录下，他们以及团队成员克莱、尼克即将迎来项目的里程碑时刻。历经艰辛，他们的实验终于获得成功，一条早已死亡的狗成功复生。可就在此时，他们的研究内容被校方和资助公司获知，数年来辛勤的研究成果和数据全部被资助方收走。不甘心失败的佐伊和弗兰克等人趁着夜晚再度闯入实验室，谁知期间发生意外，佐伊不幸触电身亡。
　　悲痛万分的弗兰克抢救无效，这是他突然冒出将尚未确定副作用的血清注入佐伊的身体中……

　　斯塔克军火公司是美军在全球范围内第一大军火供应商，其新任掌门人托尼•斯塔克（小罗伯特·唐尼 Robert Downey Jr. 饰）风流倜傥，天资聪颖。他与公司元老俄巴迪亚•斯坦（杰夫·布里吉斯 Jeff Bridges 饰）合作无间，共同将斯塔克公司的业务推向顶峰。现 实生活中的托尼热衷收集名贵跑车，搞点儿发明创造，当然露水姻缘更不可少。所幸他身边有维吉尼亚•波茨（格温妮斯·帕特洛 Gwyneth Paltrow 饰）这样的好助手细心打理一切，才让他能自由自在过着贵公子的生活。
　　在前往中东为军方展示新型武器的途中，托尼一众遭到恐怖分子袭击。他被弹片击中险些丧命，在英森博士的帮助下，托尼体内移植了一颗核动力的人工心脏。恐怖分子要求托尼制造强大的杀伤性武器，他和英森虚与委蛇，暗中制造了一套由聚变能源驱动的钢铁盔甲。穿上盔甲托尼大闹恐怖分子的基地，回到美国后又对其进行了改进。却不知，接下来有更为黑暗的阴谋等着他……