El planeta ha sido arrasado por un misterioso cataclismo y, en medio de la desolación, un padre y su hijo se dirigen hacia la costa en busca de un lugar seguro donde asentarse. Durante el viaje se cruzarán con otros supervivientes: unos se han vuelto locos, otros se han convertido en caníbales.

Cuando la CIA descubre que uno de sus agentes filtró la información que costó la vida a más de 100 personas, el veterano agente Henry Pelham (Chris Pine) es asignado para descubrir quién es el topo entre sus antiguos compañeros en la oficina de la agencia en Viena. Durante su investigación se reencuentra con su antigua colega y ex amante Celia Harrison (Thandiwe Newton). La pareja se verá obligada a difuminar los límites entre la profesión y la pasión mientras reexaminan la misión en la que participaron 6 años atrás.

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.