Während seines Studiums an der renommierten Cambridge University in den 1960er Jahren verliebt sich der brillante Naturwissenschaftler Stephen Hawking bis über beide Ohren in die Sprachenstudentin Jane Wilde. Einen herben Rückschlag erhält der theoretische Physiker, der sich vor allem mit dem Phänomen der Zeit und dem Ursprung des Universums beschäftigt, im Alter von nur 21 Jahren, als bei ihm die degenerative Nervenkrankheit ALS diagnostiziert wird. Die Ärzte geben ihm nur noch etwa zwei Jahre zu leben. Doch schiere Willenskraft und nicht zuletzt die Liebe Janes, die ihn nach dem niederschmetternden Befund nicht etwa verlässt, sondern seine Frau wird, helfen ihm, den immer größeren körperlichen Einschränkungen zu trotzen und schließlich mit seinen bahnbrechenden Forschungen in die Geschichte einzugehen.

Frank Moses ist ein ehemaliger CIA-Agent und genießt den Ruhestand. Auf der Beisetzung seines früheren Kollegen Marvin Boggs wird er vom FBI festgenommen und zum Thema "?Nightshade' befragt. Es geht dabei um eine Nuklearwaffe, die vor 25 unter mysteriösen Umständen verschwand. Niemand weiß, wo sich die Waffe heute befindet. Das Verhör wird jedoch unterbrochen, seine Kidnapper werden ermordet und plötzlich taucht der totgeglaubte Marvin wieder auf. Die beiden Männer wollen die Hintergründe zum Thema Nightshade ergründen und ihre Jagd führt sie schließlich nach London, Genua und Moskau. Auch ihre Ex-Kollegin Victoria unterstützt die beiden Agenten bei ihrer gefährlichen Suche nach der Wahrheit. Doch sie sind nicht die einzigen, die Interesse an der Nuklearwaffe haben. Und dann taucht auch noch die verführerische Katja, eine alte Bekannte von Frank, auf.

Der junge Professor Charles Xavier, in seinen Zwanzigern, mit üppiger Haarpracht und zu Beginn des Films noch nicht im Rollstuhl, studiert in Oxford und trifft auf den gleichaltrigen Erik Lensherr. Beide sind Mutanten mit außergewöhnlichen Fähigkeiten. Gemeinsam erdenken sie eine Zukunft, in der Mutanten und Menschen vereint leben können. Als das Wohl der Welt auf dem Spiel steht, kämpfen sie mit vereinten Kräften und der Hilfe von anderen Mutanten gegen die drohende Gefahr des Hellfire Clubs mit Emma Frost und Sebastian Shaw. Erst im Laufe dieses Kampfes werden die beiden zu den Todfeinden der vorherigen Filme.