Nachdem der Nuklearwissenschaftler Joe Brody und sein beim US-Militär stationierter Sohn Ford herausfanden, dass der skrupellose Ichiro Serizawa nach einer Beinahe-Reaktorkatastrophe im japanischen Janjira an einer riesigen, urzeitlichen Kreatur herumexperimentiert, konnte gegen das "Muto" getaufte Wesen nur einer etwas ausrichten: Godzilla. Jetzt müssen die Krypto-Zoologen von Monarch allerdings einen Weg finden, gleich mit einer Reihe von Urzeit-Monstern fertig zu werden. Eine entscheidende Rolle dabei spielt die Paleo-Biologin Emma Russell (Vera Farmiga), die einen Weg gefunden hat, via Sonar mit den gigantischen Wesen zu kommunizieren. Neben Godzilla, mit dem vor allem Russells Ex-Ehemann Mark (Kyle Chandler) eine Rechnung offen hat, sind es vor allem dessen Feinde Mothra, Rodan sowie der dreiköpfige King Ghidorah, die den Lebensraum der Menschen für immer zerstören könnten ...

Wenn Deine Erinnerung lügt - wie willst Du je die Wahrheit finden? Nach einem beinahe tödlichen Unfall hat Ethan Galloway das Problem, dass er Realität und Einbildung nicht mehr unterscheiden kann. Sein Vater, ein brillanter Neurologe, hat eine experimentelle medizinische Prozedur angewandt, um das Leben seines Sohnes zu retten. Aber die Nebeneffekte sind weit größer als erwartet, da der junge Mann nicht mehr unterscheiden kann, was real ist und was nicht. Für Ethan beginnt eine verzweifelte Suche nach der Wahrheit, die ihn zu Camille führt, einer rätselhaften französischen Frau, die auf mysteriöse Art und Weise mit der Historie seiner Familie verbunden ist.