Tudo começa quando o climatologista Jack Hall (Dennis Quaid) testemunha a separação de um pedaço de gelo das calotas geladas da Antártida. Então uma série de fenômenos meteorológicos cada vez mais severos começa a ocorrer pelo globo terrestre: chuva de granizo, furacões com recordes de velocidade, neve e uma série de tornados destrói Los Angeles. O climatologista tenta alertar chefes de Estado sobre uma catástrofe ambiental iminente, mas não é ouvido.

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O Professor Teny Rapson (Ian Holm), acredita no desastre climático e confirma os piores temores de Jack. Essas ocorrências climáticas bruscas são sintomas de uma mudança global maciça. Segundo eles, o derretimento das calotas polares adiciona uma enorme quantidade de água doce nos oceanos e rompe o equilíbrio das correntes que estabilizam nossos sistema climáticos.

Acontecimentos incomuns tomam conta do mundo e colocam em pânico a população: furacões, que só se formam sobre o mar, aparecem em terra firme, ondas gigantescas engolem prédios em Nova York, pessoas na Escócia simplesmente são congeladas vivas em segundos. É o aquecimento global provocando uma nova Era do gelo. Jack Hall já havia previsto essas mudanças, mas não imaginava que fosse tão cedo e de forma tão brusca. O resultado pode ser uma nova era glacial no planeta.

Após detectar exatamente o que está acontecendo e prever as conseqüências, os EUA tomam uma forte decisão. Tentam salvar o que puderem e se refugiam com a ajuda dos chamados países de terceiro mundo. A Europa e a Ásia encontram-se na mesma situação.

Depois de alertar os governantes Jack tem um problema pessoal a resolver. Seu filho de 17 anos Sam (Jake Gyllenhaal) se encontra preso na cidade de New York onde ele e seus amigos estão em uma competição escolar. Ele agora tem de enfrentar as fortes inundações e a queda dramática das temperaturas em Manhattan. Depois de conseguir se refugiar na biblioteca pública de Manhattan, Sam consegue contatar seu pai pelo telefone e Jack o pedi que fique dentro do prédio aconteça o que acontecer e que procure se manter aquecido.

À medida que uma evacuação em larga escala para o sul tem início, Jack se dirige para New York para salvar Sam. Mas nem mesmo Jack está preparado para o que vai acontecer com ele, com seu filho e com o planeta. No caminho em busca do filho, Jack perde um amigo de muitos anos, mas não desiste e continua a caminhada até que o olho da tempestade passa por Nova York congelando tudo e com muit sorte ele consegue se proteger a tempo. Enquanto isso, Sam e os outros sobreviventes que estão na biblioteca queimam todos os livros para poderem se manter aquecidos pois, se não for assim, morrem congelados.

Quando a tempestade passa, Jack sai novamente em busca do filho e se assusta ao ver a biblioteca quase toda coberta pela neve. Ele entra na biblioteca e é com grande alívio que encontra seu filho vivo, apesar de ter morrido milhares de pessoas.

"O filme mostra o aquecimento global provocando o resfriamento global".