Die Dellen, die sich Iron Man im Kampf gegen seine Widersacher Justin Hammer und Ivan Vanko zugezogen hatte, sind kaum ausgebeult, da droht neue Gefahr. Ein streng geheimes Serum, welches Extremis genannt wird und auf Nanotechnologie basiert, ermöglicht es den mit dem Serum injizierten Menschen, ungeahnte Kräfte zu entwickeln, allerdings mit einer Tendenz zu ungezügelter Aggressivität. Aldrichs Kollegin Maya Hansen, baut auf die Hilfe von Visionär Tony Stark. Währendessen bedroht eine dunkle Macht in Gestalt von The Mandarin die Welt und möchte dem Wettrüsten ein Ende zu seinen Gunsten setzen. Dabei verübt er einen Anschlag auf die amerikanische Regierung und dessen Präsidenten, sowie auf die Air Force, bei der Tony Starks Freund Rhodey dient. Als ein Anschlag auf Tony Starks Eigenheim folgt, geraten er und Pepper Potts in große Gefahr...

Nick Fury ist der Anführer der Organisation S.H.I.E.L.D., einer internationalen Friedensorganisation. Die Behörde ist ein Who's Who der Marvel Superhelden, mit Iron Man, Thor, Captain America, Hawkeye, dem Unglaublichen Hulk und Black Widow. Als die weltweite Sicherheit von Thors sinistrem Halbbruder Loki und seiner Schar bedroht wird, werden Nick Fury und sein Team all ihre Kräfte brauchen, um die Welt vor einer Katastrophe zu bewahren ...

Tony Stark ist Iron Man. Nach der Öffentlichmachung dieser Doppelidentität sonnt sich der selbstverliebte Egomane in seinem noch jungen Ruhm als eiserner Weltenretter. Die Eröffnung der eigenen Expo inszeniert er wie ein Popkonzert, den Begehrlichkeiten des US-Militärs hinsichtlich seines Kampfanzugs erteilt er bei einem Untersuchungsausschuss vor laufenden Kameras eine arrogant-zynische Absage. Erst als ihm der russische Physiker und Exsträfling Ivan Vanko bei einem Show Grand Prix in Monte Carlo die Grenzen seiner Erfindung aufzeigt, bekommt Starks ehernes Ego erste Kratzer. Dazu kommt eine von Starks lebenswichtigem Minireaktor ausgehende Paladium-Vergiftung, die, sofern er keine Ersatzquelle auftut, unweigerlich zu seinem Tod führt.

Nachdem er bei einem biochemischen Experiment so stark verstrahlt wurde, dass er sich, wann immer er gereizt oder wütend wird, in das grüne Monstrum Hulk verwandelt, lebt der Wissenschaftler Bruce Banner ein zurückgezogenes Leben im brasilianischen Exil. Dorthin hat es ihn auf der Flucht vor dem Militärgeneral Ross verschlagen, der alles unternimmt, um den ehemaligen Freund seiner Tochter Betty für seine Zwecke zu missbrauchen. Während sich für Banner die Uhr rückwärts dreht, er nach einem Gegenmittel für die Mutation forscht und seine Wut unter Kontrolle zu bringen versucht, unterläuft ihm ein Missgeschick: General Ross gelingt es, Banner ausfindig zu machen. Auf der Flucht vor dem Militär und dem ehrgeizigen Soldaten Blonsky sucht er Zuflucht bei Betty, die ihm dabei hilft, die unfreiwilligen Superkräfte zu kontrollieren. Blonsky hat sich Banners einstige Formel zueigen gemacht und ist zur Kampfbestie Abomination mutiert.

Der Großindustrielle und Erfinder Tony Stark weiß zu leben: Als Milliardär liegen ihm die Frauen zu Füßen, er feiert Partys im Privatjet und verspielt Riesensummen im Casino, während seine Rüstungsfirma unter Obadiah Stane Rekordumsätze erzielt. Bei einem Waffentestlauf in Afghanistan wird er jedoch Opfer eines Bombenanschlags. Stark überlebt schwer verletzt und wird von einer Gruppe Aufständischer unter Führung des Warlords Raza dazu gezwungen, eine Superwaffe zu entwickeln. Es gelingt ihm jedoch, heimlich eine eiserne Schutzrüstung zu bauen, die ihn dank neuster Technologie zu Superkräften befähigt. Nach einer spektakulären Flucht zurück in die USA muss sich der Iron Man allerdings einem ersten übermächtigen Gegner stellen.