Un virus mortel crée une pandémie catastrophique dans le monde entier ; au Centre de Prévention et de Contrôle des Maladies, Cheever (Laurence Fishburne) est obligé de dépêcher sur place en Asie le docteur Erin Mears (Kate Winslet), malgré les risques. Alors que les scientifiques s'efforcent à trouver un vaccin, un vent de panique parcoure le monde. Après la mort de sa femme et de son fils, Mitch Emhoff (Matt Damon) vit reclus chez lui avec sa fille, faisant face aux débordements d'une population angoissée. Tout ceci tandis que le docteur Leonora Orantes (Marion Cotillard) est pris en otage dans un petit village pour que ses habitants appauvris...