1948年，埃里克·摩登在巴拉圭参与了一项实验，意外事故使他拥有了超能力。1988年，克里夫·史提尔作为全国运动汽车竞赛协会的赛车手，在佛罗里达州参赛期间遭遇车祸，妻女不幸丧生。克里夫作为家庭唯一的幸存者被“首席”奈尔斯·考尔德所救，但是只有大脑保存下来，奈尔斯将其置于一套机器人盔甲之中，克里夫成为机甲人。

为了找回“首席”考尔德，钢骨敦促大家踏上前往巴拉圭的旅途，去探寻1948年在那里到底发生了什么。途中赖瑞试图控制体内的负电荷能量，导致汽车抛锚。他回忆起在事故发生之后，开始疏远妻子雪柔和秘密情人约翰·鲍尔斯。

一位自称为圣殿骑士团成员的神秘人威洛比·吉卜林来到末日庄园，寻求考尔德的帮助来阻止世界末日。在得知考尔德失踪之后，吉卜林运用魔法召唤出“神谕者”无名之马，说服庄园里的众人施以援手。他们通过传送门将一名十八岁满身纹身的少年艾略特带到庄园。艾略特自身是“未尽之书”教团所要读取的对象，用以召唤“灭物主”，祂是一个会摧毁世界的跨维度实体。

克里夫和珍被困于纳恩海姆，实际是在末日庄园房间的一个雪花水晶球中。天空中的灭物主正在消灭现实生活中人类和物品。为了阻止世界末日，无名先生释放了考尔德，并在1970年代介入了珍的过去。他利用了珍的其中一个人格——极具说服能力的哈里森医生，连同珍所在精神病院的病人和医护人员一同完成一部专门为“复物主”设计的“重著之书”。

塞拉斯来到末日庄园维修“钢骨”维克多。珍带领赖瑞和丽塔调查名为末日巡逻队的超级英雄团体，成员包括“颏”史蒂夫·戴顿、阿拉妮·德赛、瑞亚·琼斯和约书亚·克莱。丽塔曾在1955年与成员之一“颏”史蒂夫·戴顿约会。阿拉妮可以控制火焰和冰，她自称是奈尔斯的妻子。瑞亚拥有电磁能力。约书亚能够发动动能爆炸。

小队成员们各自面临不同的精神折磨。丽塔需要面对真实的身份，让身体恢复正常。赖瑞被迫在体内负电荷能量的影响下，重新审视他与约翰的暧昧关系。维克多在系统重启之后，发现以前被父亲塞拉斯封锁的线上约会软件。

赖瑞和维克多收到来自丹尼写给奈尔斯的求助信，他们按照地址找到了这条名叫丹尼的神奇街道，这里是性别酷儿的庇护所，当前面临常态保护局的追捕。赖瑞记起自己在二十世纪六十年代的遭遇，常态保护局将他关起来研究体内的负电荷能量。前常态保护局探员莫里斯·威尔森曾来到丹尼大街，发现了自己的本性，成为性别酷儿莫拉·李·卡拉普特，并通过各类表演竭力维持街道的活跃气氛。

凯伦回归她的意识中后，另外一个强势人格铁头将她关在“地下”。其余的各种人格均不愿替代珍回归现实世界。赖瑞体内的负电荷能量出来联接了克里夫和珍的思想。克里夫来到珍的意识之中，鼓舞珍勇敢面对父亲对她的伤害并成功反抗了他，二人返回现实。

1913年，就职于“反常调查局”的奈尔斯·考尔德与搭档阿利斯特调查一个奇怪生物。两人被狼群攻击，考尔德在阿利斯特的帮助下仓皇逃跑，摔断了腿。他被此行的调查对象女野人斯拉娃所救，两人渐生情愫，共同在野外渡过多年。阿利斯特的到来打破了宁静的生活，他告诉考尔德调查局现已更名为常态保护局，任务是抹杀所发现的一切不正常现象，包括斯拉娃。

末日巡逻队成员需要面对各自的弱点。珍对无法救出考尔德而感伤。丽塔陪着克里夫来到女儿克拉拉养父邦普的葬礼。葬礼上克利夫意识到邦普在克拉拉心中的重要性，邦普被鳄鱼法兰西丝攻击致死，他决定从法兰西丝口中夺回克拉拉所珍视的一只手表。

塞拉斯为从蚂蚁农场营救出儿子维克多，与末日巡逻队成员制定一个计划。塞拉斯假意将克里夫、珍和赖瑞出卖给蚂蚁农场，以换取维克多的自由。在三人被常态保护局工作人员审讯时，藏身于克里夫体内的丽塔趁人不备现身，陆续将三人释放。他们还释放出蚂蚁农场内关押著的众多其他反常态囚犯，蚂蚁农场的大部分工作人员或被释放的怪物杀死，或自杀身亡。维克多被无名先生欺骗，将父亲塞拉斯殴打致昏迷不醒。

凭借珍的其中一个人格飞掠的瞬移能力，末日巡逻队将维克多和塞拉斯营救回末日庄园，与他们一起逃出的还有另一名超级英雄弗莱克斯·曼塔罗。他们此前正在寻找弗莱克斯，希望从他口中得知营救首席的线索。

1946年，埃里克·摩登被邪恶兄弟会开除之后，他的女友米莉离开了他，并称他为无名之辈。当前末日巡逻队跟随胡须猎人的踪迹来到丹尼大街，丹尼告知他们首席被困于类似于漫画书中的空白之地。在弗莱克斯的帮助下，众人来到各自遭遇悲剧之前的时刻。

得知真相之后，末日巡逻队成员离开了考尔德，试图以各自的方式再次融入社会。他们和考尔德被丹尼大街的求援音乐吸引，重聚到末日庄园。丹尼被无名先生困在一幅画之中。