À Johannesburg, dans un futur proche, où la criminalité ne cesse de grimper, la police de la ville a fait appel à l'entreprise Tetravaal, spécialisée en robotique et dirigée par Michelle Bradley (Sigourney Weaver), pour leur fournir des robots policiers de type Scout. Ces derniers ont été imaginés par Deon Wilson (Dev Patel), un jeune et brillant ingénieur, qui travaille et développe de son côté une intelligence artificielle.
M. Peabody est la personne la plus intelligente au monde. Il est à la fois lauréat du prix Nobel, champion olympique, grand chef cuisinier... et il se trouve aussi être un chien ! Père adoptif du jeune Sherman qu'il a trouvé abandonné dans un carton, il prépare ce dernier à entrer à l'école élémentaire malgré ses craintes naturelles qui se voient vite justifiées : provoqué par la jeune Penny qui s'est moquée de lui à vouloir le faire passer pour un chien, Sherman a fini par la mordre au bras, ce qui attire l'attention de madame Grunion, chargée de la protection de l'enfance et qui n'a jamais accepté le fait qu'un chien puisse adopter un garçon. Menacé de se voir retirer son droit à l'adoption, Peabody invite les parents de Penny et cette dernière à un repas afin de mieux faire connaissance. Penny ignore totalement Sherman dans la chambre jusqu'à ce que Sherman gaffe et révèle à cette dernière l'existence du Chronomat, la machine à voyager dans le temps de son père.
New York subit depuis quelque temps la criminalité causée par le Clan des Foot, dirigé par le terrible Shredder. Ce dernier contrôle toute la ville, de la police jusqu'aux politiques. Quatre Tortues Ninja sortent alors des entrailles de la Terre pour l’affronter. Ces quatre frères pourront compter sur le soutien de la jeune reporter April O'Neil et de son cameraman Vernon Fenwick…
En 1990, cinq amis célèbrent la fin de leurs années de lycée par une tournée des douze pubs très alcoolisée dans leur village de Newton Haven. Mais la virée tourne mal et le dernier bar n'est jamais atteint, de sorte que Gary King, le meneur du groupe, s'en trouve très frustré. Vingt ans plus tard, il vit encore dans le souvenir de cette nuit et décide de rappeler ses amis pour les sortir de leur vie rangée afin de parvenir à ce qu'ils n'ont pas pu faire plus jeunes : achever leur tournée en parvenant jusqu'au fameux bar The World's End (La Fin du Monde, en anglais).
La centrale nucléaire de Tromaville a laissé sa place à une usine agro-alimentaire, fabriquant notamment des tacos, et distribués à la cantine dans le collège de la ville. Les tacos radioactifs vont provoquer une série de mutations chez les élèves et une confrontation avec une bande de lycéens libertaires.
Un inventeur du nom de Allan Topher conçoit un robot humanoïde qu'il va programmer à fuir pour le sauver d'un avenir militaire peu réjouissant. Celui-ci est recueilli par Henry, un jeune garçon sans amis de 11 ans, souffre-douleur des garçons de sa classe, mais qui est aussi un bricoleur de génie. Il le nomme Cody, naît alors une amitié entre les deux. Elle sera déterminante, pour sauver l'inventeur de Cody, piégé par les ambitions démesurées de son entreprise.
2018. Une mission lunaire est envoyée dans l'espace à des fins électoralistes pour aider à la réélection d'une présidente américaine en difficulté et pour trouver des gisements d'hélium 3 sur la face cachée de la Lune, élément nécessaire à une future exploration spatiale. Les deux astronautes tombent sur une patrouille de nazis qui s'y cachent ; l'un est abattu, l'autre, un noir dénommé Washington, est capturé.
Au début du film, la radio annonce que la dernière tentative d'empêcher la collision de l'astéroïde Matilda avec la Terre a échoué. Dans trois semaines, son impact détruira toute l'humanité.
En 2012, le duo d'agents des « Men in Black » J et K fonctionne toujours après 15 ans d'association. Cependant, J s'interroge de plus en plus sur les causes du caractère renfermé de son partenaire. L'agent O, qui a pris la succession de Z à la tête de l'agence, connait les raisons mais les garde pour elle. Sur la Lune, un extraterrestre boglodite très dangereux, Boris l'Animal, s'évade et retourne sur Terre avec un objectif : tuer K, l'agent qui l'a capturé en 1969 et lui a détruit le bras gauche. L'agent K assiste au retour de son vieil ennemi sur Terre, qui le défie et part en lui disant : « Tu es déjà mort, mais tu ne le sais pas encore ». L'agent K avoue plus tard à J que ne pas avoir tué Boris fut sa plus grande erreur, sans donner plus d'explications. J cherche donc de son côté des informations dans les archives de l'agence « Men in Black » mais certaines lui sont interdites d'accès. Dans la nuit qui suit, K disparait et seul J semble se souvenir de lui : pour le reste de l'agence, K est mort sur le terrain à Cap Canaveral le 16 juillet 1969. Mais O comprend par le comportement de J que Boris a remonté le temps et tué K dans le passé, changeant le continuum espace-temps. La mort de K en 1969 a permis une brèche dans le système de sécurité de la Terre et les boglodites se préparent à une invasion. J décide donc de remonter le temps à son tour, partant pour le 15 juillet 1969 afin de retrouver K avant le Boris du présent. Il utilise pour cela un dispositif créé par un compagnon de cellule de Boris, fonctionnant sur la vitesse accumulée, et doit donc sauter du sommet du Chrysler Building ; le fils du compagnon lui explique avant de partir que si J est le seul à se souvenir de K, c'est parce qu'il a vécu les événements qui ont changé l'histoire.
Frank, ancien cambrioleur, est désormais un retraité atrabilaire et kleptomane. Il apprécie se rendre à la bibliothèque, où il retrouve Jennifer la bibliothécaire avec qui il s'entend bien. Il aime aussi voler des articles dans un magasin. Il a, par moments, d'importants problèmes de mémoire : il pense que son fils est encore à l'université, il oublie qu'il est divorcé depuis trente ans, il oublie les invitations qu'il a lancées…
À la suite du meurtre inexpliqué et mystérieux d'un veilleur de nuit dans un centre commercial (il a eu la peau arrachée et on retrouve sur son cadavre une substance visqueuse verte), Evan décide de créer une milice pour retrouver le meurtrier et sécuriser la ville. Trois candidats se présentent mais le groupe a du mal à démarrer sa mission. Pendant ce temps un voisin fort troublant vient d'emménager dans la maison voisine d'Evan, et un jeune skateur se fait volatiliser en sortant du poste de police. Après une confrontation avec un extraterrestre, le groupe finit par réaliser que les extraterrestres sont partout et prennent la peau de leurs victimes terriennes pour se dissimuler parmi la population. Ils soupçonnent alors le voisin d'Evan et s'infiltrent chez lui, mais la piste s'avère fausse, le voisin n'étant qu'un organisateur de partouses. L'un des quatre miliciens, Jamarcus reste à la fête pendant qu'une femme lui fait une fellation. Rejoignant le groupe un peu plus tard il avouera être un alien, et que cet acte sexuel lui a révélé la sensibilité des Terriens. Il explique à ses trois camarades le plan d'invasion de la Terre par les Aliens et leur explique comment le contrecarrer.
Un canard en plastique mutant terrorise quatre travailleurs bloqués sur une station spatiale d'assainissement. Pendant ce temps, la Terre est inexplicablement dépourvu de vie.
Une aspirante pom-pom girl prend une drogue expérimentale qui lui donne la beauté et la capacité physique de rejoindre le groupe de pom-pom girl de l'école. Mais dans le même temps, elle se met à grandir encore et encore.
Deux nerds britanniques se rendent aux États-Unis pour le Comic-Con. Ils parcourent ensuite les lieux « mythiques » des amateurs d'ufologie. Sur leur route, ils découvrent un alien nommé Paul, échappé de la Zone 51, où il vivait caché depuis soixante ans. Paul les convainc de l'emmener avec eux et de l'aider à quitter la Terre, mais ils sont poursuivis par trois agents du FBI ainsi que le père d'une fille qu'ils rencontrent durant leur périple…