美國氣候學家杰克（丹尼斯·奎德飾）警告溫室效應將引發極端氣候災難，北極冰川融化可能觸發地球進入新冰河期。他的理論未被當局采納，災難隨即爆發：颶風摧毀洛杉磯、冰雹重創東京、洪水淹沒倫敦后，溫鹽環流停滯導致北美氣溫驟降。政府緊急組織北緯30度居民南遷至赤道避難，撤離行動陷入混亂。此時杰克的兒子山姆（杰克·吉倫哈爾飾）與同伴被困紐約公共圖書館，靠焚燒書籍維持體溫，并通過收音機向外界傳遞位置信息。杰克聯合氣象學家團隊穿越暴風雪南下營救，發現山姆等人已與陸續抵達的幸存者建立臨時庇護所。最終撤離直升機在圖書館穹頂降落后，父子得以重逢。鏡頭最后定格于冰封的紐約港與模糊的全球氣候監測圖，暗示生態系統的不可逆改變。