在未來的紐約，神秘機械生物對城市的突襲迫使飛行員約瑟夫·蘇立文（裘德·洛飾）介入救援。這位被稱為"天空上尉"的戰(zhàn)斗英雄在擊退襲擊者的過程中，意外與身為戰(zhàn)地記者的舊情人波莉（格溫妮斯·帕特洛飾）重逢。隨著調(diào)查深入，波莉發(fā)現(xiàn)襲擊與近期多位頂尖科學(xué)家離奇失蹤事件存在關(guān)聯(lián)——這些線索共同指向已故瘋狂科學(xué)家托騰科夫（Totenkopf）遺留的"世界凈化計劃"。為阻止即將降臨的全球性災(zāi)難，約瑟夫與波莉聯(lián)手海軍女軍官弗蘭姬·庫克（安吉麗娜·朱莉飾）及天才工程師戴克斯（吉奧瓦尼·瑞比西飾），循著空中要塞的蹤跡展開追蹤。當(dāng)團隊潛入漂浮在平流層的鋼鐵堡壘時，發(fā)現(xiàn)這座由巨型飛行器拼接而成的"明日之城"仍在執(zhí)行其創(chuàng)造者滅絕人類的遺志。最終決戰(zhàn)中，眾人通過引爆反物質(zhì)核心摧毀要塞，并揭露托騰科夫早已死亡、所有指令均由克隆體執(zhí)行的真相。紐約在經(jīng)歷機械雨侵襲后重歸平靜，而昔日戀人也在并肩作戰(zhàn)中修復(fù)了破裂的關(guān)系。