Secret Service-Agent Ethan Runner ist nicht mehr der Jüngste, dazu noch schwer krank und will mehr Zeit für seine Frau und seine Tochter haben. Diese hatten unter seiner Arbeit und seiner permanenten Abwesenheit sehr gelitten. Eine ominöse Agentin bittet ihn jedoch um die Erfüllung eines letzten Auftrages und bietet ihm die Injektion eines Mittels an, welches sein Leben verlängern kann. Runner willigt ein und macht sich, trotz schwerer Halluzinationen die das Wunder-Medikament mit sich bringt, an die Arbeit.

Die Welt im Jahr 2031: Ein Versuch, die globale Erwärmung zu stoppen, ist katastrophal fehlgeschlagen und hat stattdessen die Erde in eine neue Eiszeit gestürzt. Nahezu alles Leben ist ausgelöscht und unter Eismassen begraben. Die wenigen verbliebenen Menschen fristen ein Dasein in ständiger Bewegung: Sie sitzen auf dem Snowpiercer fest, einem gewaltigen Zug, der durch eine "?heilige' Maschine gleich einem Perpetuum mobile ununterbrochen angetrieben wird. Die Insassen der Waggons leben in einer Mikrogesellschaft mit striktem Kastensystem. Die Bewohner der letzten Waggons gehören der niedrigsten Kaste an und werden dementsprechend von den oberen Kasten unterdrückt und schikaniert. Unter ihrem widerstrebenden Anführer Curtis planen sie den Aufstand gegen den gottgleichen Zugführer Wilford und seine Schergen. Doch wie hoch wird der Preis für die Freiheit sein, wenn das Schicksal der Menschheit von einer sensiblen Maschinerie abhängt?

Seitdem sein Sohn an einem mysteriösen Gen-Defekt starb, ist Starforscher Geoff Burton besessen davon, eine Heilung für diese Krankheit zu finden. Als er an das Institut für Genetik in Dresden berufen wird, sieht er eine Chance, seine in den USA umstrittene Forschung fortzuführen. Hier trifft er auf seine ehemalige Assistentin und Geliebte Rebekka, die vor einer bahnbrechenden Entdeckung steht: Ein Regenerations-Gen, welches die Menschheit von Krankheit und Altern befreien könnte. Doch ihre Forschung stockt, noch ist das Gen tödlich. Burton befürchtet, dass ihr skrupelloser Kollege Jarek Rebekkas Ergebnisse gestohlen hat, um ihr Werk auf illegale und höchst gefährliche Weise zu vollenden. Burton versinkt immer tiefer in einem Sumpf aus Paranoia und Intrigen und ist nicht sicher, ob er selbst längst zum Versuchsobjekt geworden ist ...