Der Klimatologe Jack Hall (Dennis Quaid) und sein Team stellen in der Antarktis fest, dass die Eisdecke dort bricht – die globale Erwärmung macht sich bemerkbar. In Indien hält er vor Regierungsvertretern aus aller Welt einen Vortrag über seine Erkenntnisse und Vermutungen. Er prophezeit, dass durch die schmelzenden Polarkappen zuviel Süßwasser in die Ozeane gelangen wird und so die Meeresströme unterbrochen werden.


Diese Ströme sind überhaupt dafür verantwortlich, dass nicht das ganze Klima der Nordhalbkugel wie z.B. in Sibirien ist – doch nur einer seiner Kollegen schenkt ihm Beachtung, der schottische Meteorologe Professor Rapson (Ian Holm).

Überall auf der Welt wüten schwere Unwetter – in Neu-Delhi ein Schneesturm, in Tokio regnet es ballgroße Hagelkörner. In ganz Kalifornien bilden sich Tornados; Downtown, Los Angeles wird vollkommen verwüstet. In seiner Wetterbeobachtungsstation stellt Rapson fest, dass die Wassertemperaturen im Atlantik innerhalb kürzester Zeit um 13°C sinken. Sofort informiert er Hall, und dieser versucht erneut seinen Vorgesetzten und der Regierung den Ernst der Lage klar zumachen.

Derweil ist Jacks Sohn Sam mit seinen Freunden in New York, um an einem Wissenswettbewerb teilzunehmen. In Big Apple regnet es seit Tagen ununterbrochen. Sie finden bei einem New Yorker Studenten Unterkunft, doch schon bald steht man in ganz New York knietief im Wasser. Sie entschließen sich zu einem höher gelegenen Punkt zu gehen, und wandern zur öffentlichen Bibliothek um dort Unterschlupf zu finden.


Direkt hinter ihnen kommt eine riesige Flutwelle auf New York zu. In letzter Sekunde rettet Sam seine Teamkollegin Laura (Emmy Rossum), in die er sich heimlich verliebt hat. In der nun halbüberfluteten Bibliothek, telefoniert Sam mit seinem Vater, der ihn davor warnt, nach draußen zu gehen. Im Moment bilden sich gewaltige Orkane, einer ist auf dem Weg nach New York, und wenn er erstmal direkt darüber ist, wird man im Freien innerhalb von Sekunden erfrieren.


New York ist mittlerweile von festem Schnee bedeckt. Mit diesen Informationen warnt er die anderen „Flüchtlinge“ die sich auch in die Bibliothek gerettet haben, doch als die einige andere Überlebende auf dem Weg nach Süden sehen, kann er sie nicht halten, er weiß, dass sie in den sicheren Tod gehen. Nur wenige entscheiden sich bei ihnen in der Bibliothek zu bleiben. Ihre einzige Hoffnung ist, dass Jack, wie er Sam gesagt hat, sie retten wird.


Während dessen ist Jack in einem Gespräch mit dem Vorstand der Vereinigten Staaten und nun zeigen sich die Folgen deren späten Handelns: Nach seiner Meinung, sollte man versuchen die Bewohner der Südstatten zu evakuieren – für die nördliche Hälfte der USA sei es bereits zu spät. Millionen amerikanischer Flüchtlinge fliehen nach Mexiko. Jack macht sich mit seinem Team auf, seinen Sohn in New York zur Hilfe zu kommen.

Laura wird plötzlich krank, sie hat eine Blutvergiftung. Um sie zu retten, entschließen sich Sam und seine Freunde, auf ein Schiff zu gehen, das mitten in den New Yorker Straßen gestrandet ist, um Penicillin zu holen. Es folgt eine der größten Action-Sequenzen des Films, in der sich die Jungs gegen Wölfe zur Wehr setzen, und schließlich mit Penicillin und einigen Vorräten entkommen können.



Schließlich findet der Vater seinen Sohn und kann die Überlebenden retten. Die letzten Bilder zeigen die Rede des Präsidenten der USA, der bekannt gibt, das nun wo die größten Unwetter aufgehört haben, nach Überlebenden in den nördlichen Staaten gesucht wird, und die Raumstation ISS, von der man den klarsten Blick aller Zeiten auf die Erde hat. Man sieht die vereiste Nordhalbkugel in glänzendem Weiß und silbern.