Die Veröffentlichung eines "Heilmittels" für Mutanten schreckt die bisher friedlich mit den Menschen lebende Gesellschaft auf. Magneto nimmt das zum Anlaß einen Kriegszug gegen die Menschen zu führen, um endlich die Herrschaft zu erlangen. Doch die X-Men um Professor Xavier versuchen dem Treiben ein Ende zu bereiten, das Gleichgewicht und den Frieden wieder herzustellen.

Die Ausreißerin Rogue, die aufgrund ihrer wachsenden Mutantenkräfte, nämlich die Fähigkeit, durch Berührung die Persönlichkeiten, Erinnerungen und Kräfte anderer Menschen kurzzeitig zu absorbieren, von zu Hause weggelaufen ist, trifft bei ihrer Flucht in Kanada auf den Einzelgänger Logan, der geschärfte Sinne und die Fähigkeit besitzt, eigene Verletzungen in Sekunden zu heilen. Dazu ist sein Skelett vollständig mit einem schier unzerstörbarem Metall (Adamantium) überzogen und mit sechs ausfahrbaren Klauen bewaffnet; Logan kann sich aber nicht erinnern, wann und wo sein Skelett derart behandelt worden ist, noch hat er irgendeine Erinnerung an seine eigene Vergangenheit.

In der Zukunft stehen die Mutanten kurz vor dem Aussterben, weil sie von Killer-Robotern gejagt und getötet werden: den Sentinels. Aufgrund der Bedrohung arbeiten die Gegner Magneto und Charles Xavier zusammen - ihr Plan sieht vor, den Terror durch die Sentinels gar nicht erst zuzulassen. Dazu schicken sie Wolverines Bewusstsein mit Hilfe von Kitty Pryde in die Vergangenheit, da sich sein Geist von den Folgen einer solchen Zeitreise erholen kann. In der Vergangenheit soll Wolverine eine Tat Mystiques verhindern, die den Bau der Sentinels erst möglich machte; der Eingriff würde also die Zukunft im Sinne der Mutanten verändern. Doch dafür muss Wolverine erst ein Team aus Mutanten zusammenstellen - was sich als schwierig erweist. Der junge Charles Xavier etwa ist in einem miserablen psychischen Zustand...

In der Zukunft stehen die Mutanten kurz vor dem Aussterben, weil sie von Killer-Robotern gejagt und getötet werden: den Sentinels. Aufgrund der Bedrohung arbeiten die Gegner Magneto und Charles Xavier zusammen - ihr Plan sieht vor, den Terror durch die Sentinels gar nicht erst zuzulassen. Dazu schicken sie Wolverines Bewusstsein mit Hilfe von Kitty Pryde in die Vergangenheit, da sich sein Geist von den Folgen einer solchen Zeitreise erholen kann. In der Vergangenheit soll Wolverine eine Tat Mystiques verhindern, die den Bau der Sentinels erst möglich machte; der Eingriff würde also die Zukunft im Sinne der Mutanten verändern. Doch dafür muss Wolverine erst ein Team aus Mutanten zusammenstellen - was sich als schwierig erweist. Der junge Charles Xavier etwa ist in einem miserablen psychischen Zustand...

Der Rechtsanwalt Adam Ewing lernt 1850 mit einem Schiff die Ureinwohner des Südpazifik und ihre Unterdrückung kennen. Der Junge Musiker Robert Forbisher arbeitet 1931 an seinem Wolkenatlas-Sextett und wird dabei von Ewings Tagebuch inspiriert. Die Journalistin Luisa Rey ermittelt 1975 über eine vertuschte Fehlkonstruktion beim Bau eines Atomkraftwerks und erfährt dabei auch von Forbisher. Der Verleger Timothy Cavendish, der Luisa Reys Geschichte veröffentlichen will, wird in der Gegenwart irrtümlich in ein Altenheim eingewiesen. In der nahen Zukunft kämpft die junge Replikantin Sonmi-451, deren Lieblingsfilm die Verfilmung von Cavendishs Lebensgeschichte ist, für die Anerkennung ihrer Menschlichkeit. Schließlich spielt eine Episode in ferner Zukunft, in der die menschliche Zivilisation weitgehend wieder auf den Stand der Steinzeit zurückgefallen ist. Nur ein Hologramm mit den Aufzeichnungen Sonmis kündet von der lange vergangenen Zeit.