En Angleterre, dans un proche avenir, Alex DeLarge (Malcolm McDowell), jeune délinquant passionné par la musique de Beethoven (qu'il appelle la plupart du temps « Ludwig Van »), spécialement la 9e symphonie, est obsédé par le sexe (« des parties de ça-va-ça-vient » dit-il) et adepte de la violence (« ultraviolence » dans son propre jargon).
Le film est divisé en quatre actes distincts. Daniel Richter incarne l'Australopithecus afarensis qui découvre l'usage de l'outil après avoir touché le monolithe dans le premier acte qui se déroule « à l'aube de l'humanité » ; William Sylvester joue le docteur Heywood R. Floyd dans le second acte quand, en 2001, le même monolithe est découvert sur la Lune. Keir Dullea (Dr David Bowman) et Gary Lockwood (Frank Poole) apparaissent dans le troisième acte en tant qu'astronautes entreprenant un voyage vers Jupiter à bord du vaisseau Discovery One, suivant le signal émis par le monolithe lorsqu'il a été découvert sur la Lune. Douglas Rain est la voix de l'ordinateur de bord sentient HAL 9000, qui commande toutes les fonctions du vaisseau. Dans l'acte final, le film suit le périple de l'astronaute David Bowman « au-delà de l'infini ».
Alfred Borden (Christian Bale) est un magicien de la fin du XIX siècle, jugé pour l'assassinat supposé de son rival Robert Angier (Hugh Jackman). Le film raconte les années de rivalité qui opposent les deux hommes, rivalité qui débute à la suite de l'accident mortel de la femme d'Angier, et qui se manifeste principalement autour d'un tour de magie nommé « l'homme transporté » que les deux hommes se disputent, avec pour toile de fond les recherches sur l'électricité de Nikola Tesla (incarné par David Bowie).
Un vaisseau spatial s'écrase sur Terre. Pendant l'hiver 1982 en Antarctique, un hélicoptère norvégien pourchasse un chien près d'une station de recherche américaine. Tandis que les Américains accourent, une grenade détruit par accident l'hélicoptère et tue le pilote. Le tireur hors de contrôle continue de tirer sur le chien et blesse un Américain. Le lieutenant Garry, commandant du poste, tire alors sur le Norvégien, qui meurt. Le pilote d'hélicoptère, R. J. MacReady et le docteur Copper, volent jusqu'au camp norvégien et trouvent des ruines calcinées, avec le corps d'un homme qui s'est suicidé et un gros bloc de glace avec une cavité creuse. Dehors, ils découvrent les restes brûlés d'un cadavre humanoïde à deux faces. De retour à la station, le biologiste Blair effectue une autopsie sur la chose, mais ne trouve que des organes normaux.
Il existe une zone, lieu dont personne ne connaît la nature. A-t-elle été touchée par une bombe atomique ? Une météorite ? La venue d'extraterrestres ? Cette zone est crainte par tout le monde et cernée par la police. On ne peut y entrer : elle est considérée comme dangereuse. En son cœur, on dit qu'il existe un lieu, « la chambre », où tous les souhaits peuvent être réalisés. Des passeurs, nommés « stalkers », peuvent guider ceux qui tentent d'atteindre la zone...
L'histoire se déroule en novembre 2019, à Los Angeles, au climat pluvieux et où la quasi-totalité de la faune a disparu. La population est encouragée à émigrer vers les colonies situées sur d'autres planètes. Les animaux sont artificiels et il existe également des androïdes, des robots (en fait des humains fabriqués par manipulations génétiques) à l'apparence humaine aussi appelés « réplicants » (parfois orthographié « répliquants »). Ceux-ci sont plus ou moins considérés comme des esclaves modernes, qui sont utilisés pour les travaux pénibles ou dangereux, dans les forces armées ou comme objets de plaisir.
Dans le nord-est des États-Unis, à la fin des années 1950, un grand robot — d'une hauteur de 30 m — d'origine extraterrestre, se lie d’amitié avec un garçon de huit ans et un jeune artiste beatnik.
Two schoolboys, Kolya and Fima, follow a mysterious strange lady to an abandoned house. When they enter the house, they find no trace of the stranger, but in the empty basement Kolya discovers a secret door that leads to a room with a technical device in it. Curious Kolya starts pressing some buttons and activates the device that "transfers" him to another place. We learn that this place is the institute for temporal research. Employees return from time travels to different periods and deliver artifacts that are inventoried by Werther, an android who holds a secret crush on the stranger whose name is Polina. Kolya sneaks around in the corridors but is ultimatively caught by Werther who starts inventorying Kolya as well, assuming that he was brought in by Polina. On this occasion Kolya learns that he has actually travelled through time into the late 21st century. Werther ponders putting Kolya in the museum but then decides to send him back in time in order to cover up what he thinks to be Polina's mistake. Kolya convinces him to let him catch some sights of the future first. On his exploration, Kolya learns about teletransportation, humanoid aliens, antigravity and space flight. He also makes contact with a grandpa Pavel, a 130-year-old man who is intrigued by his 1980s school uniform.
Frederick 'Frankenstine', arrière petit-fils du docteur Frankenstein, n'est pas fier des travaux de son arrière grand-père. Après avoir donné un cours sur le système nerveux, Frederick est abordé par un homme apportant le testament de son grand-père. Frederick laisse alors sa fiancée Elizabeth et se rend au château familial en Transylvanie, où il est accueilli par Igor, un serviteur bossu et Inga, une laborantine. Frederick décide à son tour de créer un être vivant à partir de cadavres. Igor est chargé de trouver le cerveau d'un génie pour l'implanter dans la tête de la créature. Malheureusement, Igor se trompe et apporte à son maître un cerveau anormal.
En l’an 10191 après la fondation de la Guilde spatiale, le duc Leto de la Maison Atréides règne sur la planète Caladan. Il reçoit alors l'ordre de l'empereur Padishah Shaddam IV d'occuper le fief planétaire d'Arrakis, aussi appelé « Dune » par ses habitants. Cette planète désertique, inhospitalière et dangereuse, est pourtant la seule qui possède l'Épice, la substance la plus convoitée de l'univers. Celle-ci a de multiples facultés : elle peut prolonger la vie et permettre aux navigateurs de la Guilde spatiale de voir les routes sûres lors des voyages interstellaires, en développant leur capacités de prescience.
Depuis sa découverte, la planète Solaris représente le plus grand mystère auquel l'humanité ait jamais été confrontée. La seule forme de vie qui s'y trouve est un océan de matière protoplasmique qui en recouvre toute la surface. Selon une théorie, cet océan serait une créature intelligente, un gigantesque cerveau à l'échelle de la planète. Malgré de nombreuses recherches, aucun contact avec cette créature n'a pu être établi. Après bien des années à explorer l'espace, les Terriens avaient enfin découvert une autre forme de vie intelligente mais aucune communication ne semble possible avec elle. La solaristique, la science qui étudie l'océan de Solaris, traverse une crise grave. La gigantesque station d'observation conçue à l'origine pour accueillir plus de quatre-vingts personnes n'héberge plus aujourd'hui qu'un contingent réduit de trois scientifiques et on envisage même de la fermer définitivement.
L'engin spatial américain Icare, parti en 1972 avec à son bord quatre membres d'équipage, traverse l'espace à une vitesse proche de la vitesse de la lumière. Au terme d'un voyage de dix-huit mois, le vaisseau s'écrase le 25 novembre 3978 en temps terrestre, sur une mystérieuse planète, au cœur d'une région désertique.
En 2035, l'équipage de la mission de la NASA Ares III est à l’œuvre sur le sol de Mars lorsque survient une tempête d'une intensité particulièrement élevée. La fusée qu'ils doivent utiliser pour repartir risque d'être déséquilibrée par le vent et détruite. L'équipage doit absolument quitter Mars avant que l'inclinaison de la fusée ne dépasse un seuil critique et ne les empêche de décoller. Alors que les astronautes se replient vers la fusée, l'un d'entre eux, Mark Watney, est frappé par une antenne. Il est happé par le vent et disparaît. Ses collègues le laissent pour mort, après quelques recherches de la commandante Lewis. Placés sous la menace de la destruction de leur fusée, ils décident de décoller sans lui.
En 2049, des humanoïdes issus du génie biologique, appelés réplicants, ont été intégrés dans la société pour assurer la survie de l'humanité. K, l'un des plus récents modèles conçus pour obéir, travaille comme blade runner au LAPD. Sa mission consiste surtout à pourchasser et éliminer les anciens modèles délinquants.
John Parker Hammond, le PDG de la puissante compagnie InGen, parvient à donner vie à des dinosaures grâce à la génétique et décide de les utiliser dans le cadre d’un parc d'attractions qu’il compte ouvrir sur une île au large du Costa Rica. Avant l'ouverture, il fait visiter le parc à un groupe d'experts pour obtenir leur aval. Pendant la visite, une tempête éclate et un informaticien corrompu par une entreprise rivale en profite pour couper les systèmes de sécurité afin de voler des embryons de dinosaures. En l'absence de tout système de sécurité pendant plusieurs heures, les dinosaures s'échappent sans mal, mais le cauchemar des visiteurs ne fait que commencer.