并不遥远的未来，来自外星系的异星蜓入侵地球，造成超过一千万人死亡。危难时刻，勇敢的队长瑞克汉姆阻挡了侵略者扩张的步伐。利用这有限宝贵的时间，地球人致力寻找具有极高天赋的少年加以训练培养，以期他们能够成为挫败外星入侵者的领袖人物。身形瘦小、神色忧郁但目光无比坚定的安德·维京（阿沙·巴特菲尔德 Asa Butterfield 饰）正是这群少年中的一员，他也是国际舰队寄予厚望并重点培养的对象。经过数轮严苛的考评，安德的潜质得到战斗学校的指挥官格拉夫上校（哈里森·福特 Harrison Ford 饰）的肯定，他被上校带到了位于轨道空间站上的战斗学校，在全封闭的环境下，未来的英雄迎来新一轮的磨练……                                                                      　　本片根据美国科幻小说作家奥森·斯科特·卡德（Orson Scott Card）的原作改编。

故事发生在1862年的伦敦，詹姆斯（埃迪·雷德梅恩 Eddie Redmayne 饰）是一位非常有理想抱负的年轻科学家，致力于研究天气预报技术，然而，经济上的窘迫让他无法使用自己的热气球将研究成果带上天空，于是，他找到了名为艾米莉亚（菲丽希缇·琼斯 Felicity Jones 饰）的女子。                                                                      　　艾米莉亚是一个经验非常丰富的热气球飞行员，如今却沉溺在一段痛苦的往事之中无法自拔。她答应了詹姆斯的请求，两人共同驾驶着热气球开始了他们的冒险，并且凭借着智慧和勇气抵达了人类从未涉足过的高度。然而，当他们飞的越高，所要面对的危险就越大。

渐渐习惯了现代生活的美国队长史蒂夫·罗杰斯（克里斯·埃文斯 Chris Evans 饰），在一次行动后隐隐嗅到神盾局内部所弥漫出来的凶险气味。而当得知神盾局正秘密进行的“洞察计划”后，他更为此感到愤怒。某天，神盾局指挥官尼克-法瑞（塞缪尔·杰克逊 Samuel L. Jackson 饰）遭到一群武装分子袭击，他拼尽全力将一支U盘交到美国队长手中，这里面藏着该局二战以来最重要且最可怕的秘密。在此之后，美国队长因涉嫌杀害尼克而遭到前局长亚历山大·皮尔斯（罗伯特·雷德福/Robert Redford 饰）的通缉和追杀，逃亡中他得到黑寡妇（斯嘉丽·约翰逊 Scarlett Johansson 饰）和退伍老兵“猎鹰”（安东尼·麦凯 Anthony Mackie 饰）的帮助。                                                                      　　他们必须争分夺秒解开神盾局的秘密，阻止“洞察计划”的施行……

上世纪40年代，纳粹及其邪恶轴心的战火烧遍世界各个角落。居住在布鲁克林的小个子史蒂夫·罗格斯（克里斯·埃文斯 Chris Evans 饰）心系国家，一心上阵杀敌，可是糟糕的体格让他始终被征兵办拒之门外。偶然的机会，在德籍科学家厄斯金博士（Stanley Tucci 饰）的帮助下，这个小个子男孩得以走入兵营，并接受了博士的试验，化身成为高大健壮、膂力过人的超级战士。与此同时，德国纳粹红骷髅部队的首领约翰·施密特（雨果·维文 Hugo Weaving 饰）依靠超自然的力量建立起一支超级战队，企图称霸全世界。                                                                      　　为了营救好友，史蒂夫以美国队长的形象闯入施密特的军营，正邪两大超级战士的战斗就此展开……