Natasha Romanoff, alias Viuda Negra, se enfrenta a las partes más oscuras de su historia cuando surge una peligrosa conspiración con vínculos con su pasado. Perseguida por una fuerza que no se detendrá ante nada para acabar con ella, Natasha debe enfrentarse a su historia como espía y a las relaciones rotas que dejó a su paso mucho antes de convertirse en una Vengadora.

En esta historia la Tierra ha sido invadida, pero la raza humana no se ha extinguido por completo, ya que los invasores se han apoderado de las mentes terrestres y han salvado sus cuerpos, que utilizan para transportarse. Esto hace que algunos de estos contenedores físicos, como el de Melanie Stryder (Saoirse Ronan, 'Hanna'), opongan resistencia a la invasión de su mente. Melanie no se hace a la idea de perder el control de sí misma y envía a su alma invasora, Wanderer (la misma actriz), constantes reminiscencias de su pasado que contienen recuerdos del hombre al que amaba, Jared (Max Irons, 'El retrato de Dorian Gray'). Debido a las sensaciones tan fuertes que recibe, Wanderer no puede hacerse con el control total de Melanie y empieza a desarrollar sentimientos hacia el hombre que aparece en su mente y que no conoce. Ambas fuerzas, la de Melanie y Wanderer, se aunarán para conseguir al mismo amante.

El profesor John Robinson se embarca junto a su familia en la nave Júpiter II para realizar una misión. Pero en la nave también navega el Dr. Smith, enviado por fuerzas enemigas para sabotear la misión, que provocará un incidente a partir del cual la nave deambulará sin rumbo fijo por las galaxias.

El científico Bruce Banner recorre el mundo tratando de encontrar una cura a su problema, en busca de un antídoto que le permita librarse de su Alter Ego. Perseguido por el ejército y por su propia rabia interna, es incapaz de sacar de su cabeza a Betty Ross. Así que se decide a volver a la civilización, donde debe enfrentarse a una criatura creada cuando el agente de la KGB, Emil Blonsky, se expone a una dosis superior de la radiación que convirtió a Bruce en Hulk. Incapaz de volver a su estado humano, Emil hace responsable a Hulk de su aterradora condición, mientras que la ciudad de Nueva York se convierte en el escenario de la última batalla entre las dos criaturas más poderosas que jamás han pisado la Tierra.

En un futuro donde los avances científicos hacen posible la existencia, los humanos confían todos los aspectos de sus vidas a sofisticados robots denominados Mecas. La emoción es la última frontera en la evolución de las máquinas. Pero cuando un avanzado niño robótico llamado David es programado para amar, los humanos no están preparados para las consecuencias.