Dos jóvenes norteamericanas, Vicky (Rebecca Hall) y Cristina (Scarlett Johansson) van a Barcelona a pasar unas vacaciones de verano. Vicky es sensible, racional y tiene intención de casarse; Cristina es emocional y busca aventuras emocionantes; no sabe lo que quiere, sólo sabe lo que no quiere. En Barcelona, ambas se ven envueltas en una relación poco convencional con Juan Antonio (Javier Bardem), un carismático pintor vinculado emocionalmente a su tempestuosa ex-mujer, María Elena (Penélope Cruz).
Tras la llegada de una misteriosa presencia que está destruyendo la población mundial, Sebastián comienza un viaje de supervivencia a través de las desiertas calles de Barcelona. Por el camino se encontrará con otros supervivientes con los que formará alianzas inciertas para intentar escapar de la ciudad. Pronto se darán cuenta de que hay una nueva e inesperada amenaza aún más peligrosa.
Un hombre amnésico es rescatado por la tripulación de un barco pesquero italiano cuando flota a la deriva en el mar. Carece de identidad y de pasado, pero posee unas serie de talentos extraordinarios en artes lingüísticas, marciales y de autodefensa que sugieren una profesión de riesgo. Confuso y desorientado, emprende una frenética búsqueda para descubrir quién es y por qué su vida ha tomado un giro tan peligroso.
