电影主要讲述了温室效应造成地球气候异变，全球即将陷入第二次冰河纪的故事。
在联合国全球暖化会议上，气象学专家杰克发现了一万年前出现过灾难性变化的证据，他从冰芯中天然温室气体的浓度推测出暖化曾经加速，把地球推入到长达两百年的冰河时期；并指出全球暖化可以触发气温下降，因为北半球气温取决于北大西洋海流，海洋把太阳热力从赤道带上北方，全球暖化令极地冰盖融解，减弱了暖流，最终会令暖流消失，当这种情况发生时，温暖气候也随之消失，从而使地球进入下一个冰河时期。
会议中杰克和美国副总统发生争执，杰克认为地球气候是脆弱的，应该尽快补救，减缓全球变暖，否则我们的子孙后代会付出代价。而美国副总统则认为防止全球暖化代价很高，要付出数以千亿美元，会让经济有所损失。
就在新德里全球气候会议举行的当天及以后，各种灾难突然降临全球各地，正在举行全球暖化会议的新德里，难以置信的下起了雪，有史以来的最冻气候使得很多露宿者被冻死。与此同时，在东京的千代田区正在下着巨大的冰雹，一名正在与妻子打电话中的下班人士在回家的路上被冰雹砸死。
另一边飓风来势汹汹，在列岛上造成了严重的破坏，天气专家认为这是有史以来最强烈的飓风；而在卡纳维拉尔角由于天气恶劣使得宇航员不能回到地球；强烈的飓风引发飞机乘客恐慌，动物也开始出现异常的反应，同时雷雨天气频繁，各种灾难也接踵而至。
杰克博士紧急告之美国副总统，北纬30度以南全美民众应尽速向赤道方向撤离。就在此时，博士得知儿子山姆还在纽约，于是决定冒险进入纽约，在冰天雪地中展开救援行动。这时候灾难从纽约开始，曼哈顿摩天大楼被强烈的旋风摧毁。地铁隧道里涌出汹涌的洪水。大水吞噬了纽约，淹没了美国，欧洲也在洪水之下不复存在。洪水过后，气温急剧下降，冰层和白雪顷刻间覆盖了整个地球表面。
随后镜头再次回到美国时，气候渐渐恢复正常那些侥幸生还的美国人都逃往墨西哥，请求进入那里的难民营。而杰克博士也与儿子山姆在纽约图书馆相会，完成了自己的诺言。
影片末尾处让人们再次见证了灾难过后清晰的地球，而美国总统也不得不叹息承认道，他所奉行的气候政策是一次巨大的败笔。
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