從香港出差回國後，貝斯·恩霍夫（格溫妮絲·帕特羅飾）回到明尼阿波利斯郊區的家之前，在芝加哥稍作停留時與前戀人發生性關系。在路上，她出現了感冒癥狀。她與前夫生的兒子克拉克從學校回家時，也出現癥狀。兩天後，病情惡化的貝斯出現嚴重的癲癇癥狀後暈厥，她在由丈夫米契（麥特·戴蒙飾）連忙送往醫院後不治身亡，但她癲癇發作致死的原因仍然不明。由於該病裝或影響大腦和中樞神經系統，病理學家歸類為腦膜炎病毒導致的。米契回家後，發現克拉克也因出現類似癥狀而死亡。米契隨後被隔離，但似乎對該疾病免疫。他與前妻的女兒喬裏，企圖逃離這座滿是病患的城市，但威斯康星州國民警衛隊封鎖了前往明尼蘇達州的邊界，致使他們被迫回到家中，面對腐朽的社會秩序和極為猖獗的搶劫行為。喬裏不知道是不是遺傳了米契的免疫力，米契與內心的無奈及保護喬裏的欲望作鬥爭，試圖用知識來瞞騙對妻子和繼子死的傷心。
在亞特蘭大，美國國土安全部的代表會見了美國疾病控制與預防中心（CDC）的埃利斯·奇弗（勞倫斯·菲什伯恩飾）博士時，擔心這種疾病會被人用作生物武器，意在感恩節周末引起恐慌。奇弗派遣流行病情報局官員艾琳·米爾斯博士（凱特·溫絲萊特飾），前往明尼阿波利斯展開調查。除了追查恩霍夫的病情，她還要應對不願在公***衛生應對措施方面投入資源和組織的當地官員作出談判。米爾斯博士後來染病，明尼蘇達州國民警衛隊到達後將城市隔離，米爾斯最終死在了她壹手設立的現場醫療站裏。
在CDC，艾利·赫斯塔（珍妮佛·艾爾飾），研究治療方案和疫苗的工作起初被擱置，因為科學家無法為新發現腦膜炎病毒壹號（MEV-1）尋找細胞培養基。加州大學舊金山分校教授伊恩·薩斯曼（伊利奧·高德飾）不顧奇弗透過赫斯塔下達的摧毀樣品命令，找到了蝙蝠細胞的有效長度，隨後他利用這個突破口查找可能的疫苗。該病毒起初傳播的再生基數為2，即有兩名病人受感染，病毒變異後這壹數字增加到四個，12個人中就有1個患上此病，被感染者的死亡率為25-30%。
艾倫·克倫韋德（裘德·洛飾）是位陰謀論者，他在自己的人氣博客上發布了壹則關於該疾病的影片。在其中壹篇博文中，他似乎病了，後來他聲稱自己被連翹產生的順勢療法治愈。輕信他的話的人們，紛紛淹沒藥店尋求連翹，感染者和健康者聚集到壹起，從而加速了病菌的蔓延。克倫韋德吸引了全國關註，他在壹次電視采訪中，克倫韋德指出奇弗已通知朋友和家人在城市被隔離前離開芝加哥，給奇弗的信譽蒙受陰影。奇弗告知他將對克倫韋德泄露該信息的行為作出追究。也是在後來，奇弗發現克倫韋德根本沒生病，他只不過是想提供生產和銷售順勢療法藥物的投資者代表的需求。他最終因涉嫌串謀和證券欺詐的罪行被捕，12萬名博客讀者給他交了保釋金，使他很快被釋放。
同時，赫斯塔博士利用減毒性病毒識別出潛在的疫苗。為了繞過時間，生產疫苗，需在人體課題研究協議的標準下，獲得知情同意書。於是她與其他疫苗研究人員首先接種了疫苗，隨後在醫院探望病重的父親時，透露出自己研究MEV-1和測試疫苗的事情。對成功生產疫苗的需求不斷上升，使得CDC要抽簽決定讓壹年中那個日子出生的人接種疫苗。奇弗博士打電話勸誡女友離開芝加哥時，恰好被清潔工羅傑（約翰·霍克斯飾）竊聽到，使得奇弗博士被迫走後門給羅傑的兒子搞疫苗。赫斯塔將MEV-1的剩余樣品與H1N1和SARS病毒低溫儲存在壹起。全球染上該病的死亡人數達到2600萬。
世界衛生組織流行病學家李奧諾拉·奧蘭蒂斯博士（馬麗昂·歌利亞飾）前往香港追查MEV-1的來源。與她搭檔的是當地的流行病學和公***衛生官員孫楓（黃經漢飾），他們確定貝斯為傳染源。鑒於病毒的傳播，楓綁架了用作杠桿的奧蘭蒂斯，以為他的村子獲得MEV-1疫苗。奧蘭蒂斯跟村民們生活了幾個月，直到疫苗被宣布。楓拿疫苗與奧蘭蒂斯作交換。在香港機場，她的同事隨口提到，用以交換的疫苗其實是安慰劑。聽完這邂逅，與村民走得很近的奧蘭蒂斯立馬跑去警告他們。
在最後幾分鐘，倒敘鏡頭揭示了病毒的來源：貝斯所在公司的壹名男子駕駛著壹輛推土機，撞到了壹棵蝙蝠在上面築巢的棕櫚樹，蝙蝠飛過壹個豬圈，將壹大塊香蕉扔進豬圈，香蕉被豬吃掉。這就是MEV-1病毒蝙蝠和豬雜交的由來。第二天，壹大群中國廚師將來自同壹豬圈的豬只運進賭場。壹個廚師靠近，告訴正在料理豬只的主廚有人要與他合影。廚師後來出門迎接之前，用沾滿豬血的手擦拭圍裙後與貝斯握手，使得貝斯成為MEV-1病毒的「 零號病人」 。
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