Annie Reed, journaliste à Baltimore, s'émeut quand elle entend à la radio l'histoire de Sam Baldwin, un architecte de Seattle qui vit seul avec son fils Jonah depuis le décès sa femme et qui ne parvient pas à en faire le deuil. Touchée par cette histoire, elle tente d'entrer en contact avec Sam, malgré l'approche de son mariage avec Walter et la distance qui sépare Seattle de Baltimore. C'est le début d'une course à l'amour...
Le docteur Eleanor « Ellie » Arroway (Jodie Foster) est une scientifique talentueuse, qui a été encouragée à poursuivre ses passions pour la radio-télécommunication et l'astronomie par son père Theodore (David Morse) qui meurt alors qu'elle n'était âgée que de 9 ans. Elle travaille pour le programme SETI à l'observatoire d'Arecibo au Porto Rico, recherchant avec ses collègues des signaux radios d'origine extraterrestre. Toutefois, le scientifique gouvernemental David Drumlin (Tom Skerritt) coupe le financement du programme SETI qu'il juge futile. Arroway obtient un financement du milliardaire S.R. Hadden (John Hurt) pour continuer son travail de recherche au Very Large Array situé au Nouveau-Mexique.
Nuit d'adieux d'une bande de copains à Modesto, en Californie, en août 1962. Curt Henderson (le personnage principal) et Steve Bolander (le petit ami de Laurie, la sœur de Curt), ayant tous deux terminé le lycée vont quitter leur petite ville californienne pour entamer leurs études universitaires sur la côte est. Après s'être retrouvés au Mel's Drive-In avec leurs copains Terry Fields dit « la grenouille » (à qui Steve prête sa Chevrolet Impala blanche de 1958) et John Milner (propriétaire d'un hot rod jaune), ils passent une dernière nuit à parader en voiture avec leurs petites amies le long du Strip, la grand rue que sillonnent les véhicules rutilants de nombreux jeunes « flâneurs automobiles » à la recherche d'aventures collégiennes. Les autoradios diffusent des airs de rock 'n' roll et de musiciens mythiques des années 1950 et du début des années 1960 : The Platters, Chuck Berry, Fats Domino, Buddy Holly, Bill Haley, The Beach Boys, Jerry Lee Lewis, Frankie Lymon, Del Shannon, etc.
Viêt Nam, 1965 : la guerre du Viêt Nam a commencé depuis presque deux ans. L'animateur radio Adrian Cronauer est transféré de Crète à Saïgon. Il vient prendre un poste à la radio de la zone démilitarisée, Radio Forces Armées , et est accueilli par son futur adjoint, le première classe Edward Garlick. Cronauer n'est lui aussi qu'un simple soldat de l'aviation, mais c'est déjà un animateur au succès reconnu, et c'est pour cela que le général Taylor l'a spécialement fait venir de Crète. À la radio, il fait la connaissance de ses collègues et notamment de ses deux supérieurs directs : le lieutenant Hauk, qui commande l'équipe des animateurs, et le sergent-major Dickerson, qui commande la station. Hauk est un incompétent, peu respecté des hommes qu'il a sous ses ordres et son incompréhension du goût du public et du sens de l'humour le ridiculise encore plus. Dickerson est un ancien des forces spéciales, militaire de carrière mais réformé à cause d'un problème médical et beaucoup plus vachard que son subordonné envers le manque de respect dû à son rang. Entre lui et Cronauer, peu enclin au « service-service », les frictions sont présentes dès le premier jour.
Kowalski fait le pari qu'il peut convoyer une Dodge Challenger R/T 440 Magnum blanche, de Denver à San Francisco en quinze heures. Il s'ensuit une course-poursuite avec la police des États qu'il traverse. Dans sa course, il est aidé par un animateur radio noir et aveugle, Super Soul. On apprend au long du film que Kowalski a combattu au Viêt Nam, puis qu'il a été tour à tour policier, puis pilote de motos et de Nascar.
Dans l’État du Mississippi, durant la Grande Dépression, trois prisonniers s’échappent de prison. À leur tête, le gentil et beau-parleur Ulysses est entouré du simple d’esprit et optimiste Delmar et du râleur et sanguin Pete. Ulysses a convaincu ses compagnons auxquels il était enchaîné de s’évader pour retrouver le magot d’un braquage de banque s’élevant à un million deux cent mille dollars. Ils se lancent alors dans un long périple à travers l’État du Mississippi, traqués par le shérif Cooley.
Phil Connors, un présentateur météo, travaille au sein de la station de télévision régionale (fictive) WPBH-TV9, basée à Pittsburgh. Méprisant ses auditeurs, imbu de lui-même, Phil est très orgueilleux et accable ses collaborateurs de sarcasmes, ce qui fait qu’il est unanimement détesté par ses collègues de travail.
Erica Bain, animatrice de radio à New York, et son fiancé David, alors qu'ils effectuent une promenade en amoureux un soir dans Central Park, sont violemment agressés et David meurt de ses blessures. Après sa longue convalescence, Erica développe une psychose de l'agression et se procure illicitement une arme. Témoin d'un braquage sanglant dans une supérette, et submergée par la terreur, elle réagit viscéralement en abattant le meurtrier. Peu après, lorsque deux voyous font irruption dans une rame de métro où ils s'amusent à terroriser les passagers avant de s'en prendre à elle, elle les tue et s'enfuit. L'inspecteur Mercer, chargé d'enquêter sur cette série d'assassinats, est par ailleurs l'un des fidèles auditeurs des chroniques urbaines d'Erica. Il la consulte, car il pense que les investigations qu'elle mène dans la cité peuvent le mettre sur la piste du justicier new-yorkais. Parallèlement, happée dans une spirale offensive, Erica se lance à la recherche des assassins de David.
Un accident atmosphérique permet à un homme de communiquer avec son père qui est décédé trente ans plus tôt et donc de l'avertir d'éviter l'incendie dans lequel il avait péri. Mais changer le cours de l'histoire ne va pas sans mal : père et fils doivent continuer de s'aider d'un bout à l'autre des 30 ans de distance.
Le film retrace chronologiquement les évènements du débarquement allié en Normandie dans la journée du 6 juin 1944, précédé des derniers préparatifs de la veille au soir.
Jack Lucas, un célèbre animateur et présentateur de radio arrogant, cynique et égoïste reçoit un jour l'appel d'un auditeur mentalement instable. À la suite de cet appel, ce dernier se rend dans un restaurant et tue sept personnes avant de se donner la mort. Ce drame bouleverse Jack qui perd son travail et se réfugie dans l'alcool, rongé par la culpabilité.
En 1966, le rock explose dans le monde, et notamment au Royaume-Uni. Pourtant, la BBC diffuse moins de 45 minutes quotidiennes de ce nouveau son. Radio Rock, une radio pirate, diffuse ses programmes depuis un bateau naviguant dans les eaux internationales de la mer du Nord, au large de la côte anglaise. Le gouvernement britannique est bien décidé à réduire ces voix dissidentes au silence, mais ces incroyables disc jockeys ne comptent pas se laisser faire. Quand ils occupent l'antenne avec de la drogue et du rock'n'roll, près d'un Anglais sur deux est à l'écoute.
Angleterre 1940. Un homme se faisant appeler Henry Faber est en fait un espion allemand infiltré dont le surnom est "l'aiguille", en référence à sa méthode préférée d'assassinat, un stylet. C'est un tueur froid et calculateur, concentré sur sa seule mission. Les services secrets anglais tentent désespérément de l'intercepter pendant 4 ans mais sans succès.
Dans les années 1930 et 1940, la radio est au centre de nombreux foyers, tout comme chez les White. En outre, comme beaucoup de jeunes femmes de son temps, Sally White, une petite marchande de cigarettes, rêve de connaître la gloire radiophonique.