Quando Beth Emhoff (Gwyneth Paltrow) retorna a Minneapolis após uma viagem de negócios em Hong Kong, aquilo que ela imaginava ser o efeito do fuso horário toma um rumo inesperado. Dois dias mais tarde, ela morre em um pronto socorro. Os médicos dão a notícia à família e ao marido em estado de choque e dizem que não têm ideia da causa mortis. Em seguida, outras pessoas passam a exibir os mesmos sintomas misteriosos: tosse seca e febre, seguida de convulsões, hemorragia cerebral e, por fim, morte.

Em Minneapolis, Chicago, Londres, Paris, Tóquio e Hong Kong os números rapidamente se multiplicam: um caso vira quatro, depois dezesseis, centenas, milhares enquanto o contágio varre todas as fronteiras, alimentado pelas inúmeras interações feitas pelos seres humanos no curso da vida diária. Explode uma pandemia mundial. Nos Centros de Controle e Prevenção de Doenças nos Estados Unidos, os pesquisadores tentam decifrar o código biológico único do patógeno, enquanto ele contínua a se modificar.