In einem japanischen Atomkraftwerk, in dem der amerikanische Ingenieur Joe Brody und seine Frau Sandra beschäftigt sind, kommt es zu einer Katastrophe. Noch Jahre später versucht Joe, der als einer der wenigen überlebt hat, die wahren Ursachen des Unglücks aufzuklären. Und seine Intuition gibt ihm Recht. Zusammen mit seinem Sohn Ford und dem Wissenschaftler Ichiro Serizawa findet er heraus, dass ein riesiges Monster für die Katastrophe von damals verantwortlich war. Und jetzt schlägt es wieder zu! Das Militär ist machtlos. Kann der sagenumwobene Godzilla helfen?

Nachdem eine Frau nach einer Auslandsreise an einem mysteriösen Virus stirbt und ähnliche Fälle auf dem ganzen Planeten auftreten, ist schnell klar: eine Epidemie breitet sich aus, die schnell weltweit immer größere Teile der Bevölkerung hinwegrafft. Während die Wissenschaftler des amerikanischen Centers for Disease Control and Prevention Dr. Ellis Cheever, Dr. Erin Mears und Dr. Ally Hextall versuchen mehr über das Virus herauszufinden und ein Heilmittel zu entwickeln, reist Dr. Leonora Orantes von der Weltgesundheitsbehörde in Genf nach Hongkong, wo man den Ursprung der Krankheit vermutet. Unterdessen muss Mitch Emhoff mit dem Tod seiner Ehefrau fertig werden und versucht verzweifelt, seine Tochter vor einer Infektion zu schützen. Derweil schafft es der fanatische Blogger Alan Krumwiede mit seinen Texten weltweit Panik auszulösen.