香港某大型医院，外科主任医师佟倩（赵薇 饰）刚刚完成例行巡视。接二连三的手术让她的神经高度紧张，加上有的患者术后情况并不理想，无形间使她的精神承受了巨大的压力。就在此时，一名遭受枪伤的男子被紧急送到医院。对方名叫张礼信（钟汉良 饰），是一个胆大包天且狡诈非常的高智商罪犯。虽然头部中枪，但幸运的是并未给他造成巨大的创伤。从昏迷中醒来的张拒绝手术，仿佛正耐心等待时机。监视并开枪射伤他的警官陈伟乐（古天乐 饰）高度紧张，他急于知道对方同伙的下落，为此不惜采用非法手段。 医患如织的医院内，短短六个小时里，警察、医生和悍匪三方展开了艰苦卓绝的角力……
年轻的X教授查尔斯（詹姆斯·麦卡沃伊 James McAvoy 饰）和万磁王埃里克（迈克尔·法斯宾德 Michael Fassbender 饰）是一对志向相投的好朋友。他们最早发现了自己的超能力，并与其他几个变种人一起在CIA工作。引发埃里克超能力的纳粹战争贩子肖（凯文·贝肯 Kevin Bacon 饰）一直试图挑起核战争，而想方设法挑起美苏两国的矛盾。埃里克和查尔斯一直与肖手下的变种人战斗，努力阻止肖的阴谋。肖怂恿苏联引发古巴导弹危机，查尔斯和埃里克获知消息后，在海湾与肖手下的变种人拉开了对决的一战。最终，肖被查尔斯和埃里克合力消灭。可是，在这个过程中，埃里克逐渐被肖的政治观点影响，与查尔斯产生裂痕。通过海湾的这一战，埃里克和查尔斯最终决裂，一方变成支持人类与变种人和平共存的X教授；另一方坚持通过消灭人类换来变种人兴起的观点，自称万磁王.........
