《空军上校和明日世界》的故事发生在二战前夕，女记者波莉·普金斯（格温妮斯·帕特洛饰）发现世界各地的顶尖科学家一个个离奇失踪，于是她找來了空军上校乔·苏利文（裘德·洛饰）以及女飞行员法兰奇·库克（安吉莉娜·朱丽饰）携手调查这些神秘失踪事件。进而他们发现一个疯狂的科学家在幕后操控一切，想建造机器人兵团来统治世界。而另一名神秘杀手（白灵饰）也在从中阻挠他们的调查行动……