天才物理学者として将来を期待されるスティーヴン・ホーキングはケンブリッジ大学大学院に在籍中、詩について勉強していたジェーンと出会い恋に落ちる。その直後、彼はALS（筋萎縮性側索硬化症）を発症し余命は2年だと言われてしまう。それでもスティーヴンと共に困難を乗り越え、彼を支えることを選んだジェーンは、二人で力を合わせて難病に立ち向かっていく。

恋人サラ（メアリー=ルイーズ・パーカー）と一緒に生活し、諜報（ちょうほう）活動から縁遠い毎日を過ごしていた元CIAのフランク（ブルース・ウィリス）。しかし、かつての仲間マーヴィン（ジョン・マルコヴィッチ）が関わった小型核爆弾をめぐる冷戦時代の極秘計画が原因となったトラブルが持ち上がる。解決の手掛かりを追い求め、フランクはサラ、マーヴィンと共にヨーロッパへと足を運ぶが……。

国際情勢が緊迫する1960年代、強力なテレパシー能力を持つ青年チャールズが、金属を自在に操れるエリックとめぐり合う。ミュータントとして人類と闘うべきか共存すべきか、異なる信念を抱きながらも友情を深めたふたりは、世界各地のミュータントを仲間に迎え入れていく。しかし戦時中にエリックの母親を殺した元ナチスの科学者ショウが、ミュータント集団“ヘルファイヤークラブ”を結成。やがてショウが悪魔のごとき計画を実行に移したとき、チャールズとエリックはその野望の阻止に挑むが、過酷な運命は彼らの絆を引き裂き、人類との“共存”か“支配”か、という正反対の道へと導いていくのだった……。