ระหว่างการสำรวจในแอนตาร์กติกา นักภูมิอากาศบรรพกาลวิทยา แจ็ก ฮอลล์และทีมงานพบว่าชั้นน้ำแข็งกำลังแยกตัว แจ็กจึงนำเสนอเรื่องนี้ในที่ประชุมสหประชาชาติที่กรุงนิวเดลี แต่ไม่สามารถทำให้รองประธานาธิบดีเบคเกอร์แห่งสหรัฐเชื่อได้ อย่างไรก็ตาม ศจ. เทอร์รี แร็ปสัน หัวหน้าศูนย์วิจัยภูมิอากาศในสกอตแลนด์เชื่อในทฤษฎีของแจ็ก เมื่อทุ่นหลายทุ่นในมหาสมุทรแอตแลนติกวัดค่าอุณหภูมิน้ำได้ต่ำมาก แร็ปสันจึงสรุปว่าน้ำแข็งขั้วโลกที่ละลายกำลังรบกวนกระแสน้ำแอตแลนติกเหนือ เขาติดต่อแจ็กเพื่อหารือเรื่องแบบจำลองที่แจ็กสร้างขึ้น ซึ่งอธิบายสภาพอากาศที่นำไปสู่ยุคน้ำแข็ง

เมื่อทั่วโลกได้รับผลกระทบจากสภาพอากาศที่เลวร้าย ประธานาธิบดีเบลคของสหรัฐสั่งงดทุกเที่ยวบิน ในขณะที่นักบินอวกาศในสถานีอวกาศนานาชาติตรวจพบพายุขนาดใหญ่ 3 ลูกในซีกโลกเหนือ ซึ่งใจกลางพายุทำให้อุณหภูมิลดต่ำถึง -101°C

ที่แมนฮัตตัน แซม ฮอลล์ ลูกชายของแจ็กกำลังเข้าร่วมการแข่งขันทางวิชาการ เขาและเพื่อน ๆ พบกับคลื่นสึนามิขนาดยักษ์จนต้องหนีเข้าไปหลบในหอสมุดประชาชนนิวยอร์ก ระหว่างหลบหนี ลอร่า แฟนสาวของแซมได้รับบาดเจ็บ ในขณะที่สกอตแลนด์ ศจ. แร็ปสันและทีมงานเสียชีวิตจากพายุ

ประธานาธิบดีเบลคประกาศอพยพประชาชนลงทางใต้ ส่วนแจ็กและเพื่อน 2 คนคือเจสันและแฟรงค์ออกเดินทางขึ้นเหนือเพื่อช่วยแซม ระหว่างเดินเท้า แฟรงค์ทะลุลงไปในหลังคากระจกของห้างสรรพสินค้าที่ถูกหิมะปกคลุม แฟรงค์ตัดสินใจสละชีวิตเพื่อไม่ให้แจ็กและเจสันตกลงไปด้วย ขณะเดียวกัน ผู้ลี้ภัยในหอสมุดเริ่มเดินเท้าออกไปข้างนอกเมื่อพื้นเริ่มเป็นน้ำแข็ง เหลือเพียงแซมและเพื่อน ๆ กับผู้ลี้ภัยไม่กี่คนที่ยังคงอยู่ที่นี่ พวกเขาก่อไฟเพื่อให้ความอบอุ่นและกินอาหารจากตู้ขายอาหาร ส่วนรองประธานาธิบดีเบคเกอร์ที่อยู่ในค่ายผู้ลี้ภัยในเม็กซิโกทราบข่าวขบวนรถของประธานาธิบดีเบลคติดพายุและเสียชีวิตทั้งหมด ทำให้รองประธานาธิบดีเบคเกอร์ขึ้นดำรงตำแหน่งประธานาธิบดีคนใหม่

เช้าวันต่อมา แซมพบว่าลอร่าป่วยด้วยโรคติดเชื้อจากแผลที่ได้รับบาดเจ็บ แซมและเพื่อน ๆ จึงไปหายารักษาในเรือสินค้าร้างที่ลอยเข้ามาในเมือง ก่อนจะหนีฝูงหมาป่าและอุณหภูมิเยือกแข็งกลับไปที่หอสมุด ส่วนแจ็กพาเจสันที่หมดสติไปหลบในร้านอาหารเมื่อพบกับอุณหภูมิเยือกแข็ง

หลายวันต่อมาเมื่อพายุสลายตัว แจ็กและเจสันไปถึงนครนิวยอร์กและพบกับกลุ่มของแซม ก่อนจะรายงานไปที่ประธานาธิบดีเบคเกอร์ให้ส่งทหารมาช่วยเหลือผู้รอดชีวิตกลุ่มอื่น ๆ ภาพยนตร์จบลงเมื่อนักบินอวกาศมองเห็นซีกโลกเหนือปกคลุมไปด้วยน้ำแข็ง