自纽约事件以来，托尼·斯塔克（小罗伯特·唐尼RobertDowneyJr.饰）为前所未有的焦虑症所困扰。他疯狂投入钢铁侠升级版的研发，为此废寝忘食，甚至忽略了女友佩珀·波茨（格温妮斯·帕特洛GwynethPaltrow饰）的感受。与此同时，臭名昭著的恐怖头目曼达林（本·金斯利BenKingsley饰）制造了一连串的爆炸袭击事件，托尼当年最忠诚的保镖即在最近的一次袭击中身负重伤。未过多久，托尼、佩珀以及曾与他有过一面之缘的女植物学家玛雅（丽贝卡·豪尔RebeccaHall饰）在家中遭到猛烈的炮火袭击，几乎丧命，而这一切似乎都与22年前那名偶然邂逅的科学家阿尔德里奇·基连（盖·皮尔斯GuyPearce饰）及其终极生物的研究有关。即使有精密先进的铠甲护身，也无法排遣发自心底的焦虑。被击碎一切的托尼，如何穿越来自地狱的熊熊烈火……

女教师萨曼莎（吉娜·戴维斯GeenaDavis饰）和8岁的女儿一起在宁静的小镇里过着安逸的生活，一切都令她感到十分满意，除了她曾经失去过部分记忆这一点。在一次车祸中，她失去的记忆开始复苏，而脑中出现的一些零碎片段让她对自己曾经的身份产生了怀疑。通过私家侦探米奇（塞缪尔·杰克逊SamuelL.Jackson饰）的帮助，萨曼莎得知自己竟是一名联邦调查局的特工，而在调查局里，一个无意中得知了老板秘密的特工是不受欢迎的。萨曼莎仍然健在的消息不胫而走，她能够感觉到，一些非常残暴的恐怖分子正在渐渐接近她和她的女儿，他们的目的只有一个，那就是将她除之而后快。