近未来，小说家江丰（黄渤 饰）与妻子张代晨（徐静蕾 饰）从相知相爱到相互伤害，原本幸福美满的婚姻终于走到尽头。伤心欲绝的江丰走进记忆中心，希望通过高科技手段将这段感情记忆从脑海中抹除。谁知意想不到的是，当他被妻子要求取回记忆时，手术之后江丰的脑中出现了一段陌生的记忆，而这段记忆似乎牵扯到了一桩杀人案。在此之后，拥有多年办案经验的资深警官沈汉强（段奕宏 饰）介入调查，他试图引导江丰“回忆”起更多失落的记忆，寻找凶杀案的蛛丝马迹。
　　黑暗的记忆一层层被揭开，与此同时，被揭开的还有隐藏在最深处的丑恶的人性秘密……

　　影片讲述了50年后的地球，单身青年被手办人全球通缉并予以迫害，而这一场浩劫源于男主角阿坤在年轻时过于沉迷于二次元和游戏而发明了手办人，不料在升级换代过程中手办人开始觉醒，生成了有自主意识的COS霸主。为了终结这场浩劫，阿坤制造出了高级手办人西塔，并将她传送给22岁的自己，教会年轻的自己恋爱，不要再沉迷于虚拟世界，从而逆转未来终结这场灾难。就在西塔进入时空门的同时，COS霸主也破门而入……

　　菜鸟特工宋雨浓，崇拜着外冷内热的师兄谢醉桥，然而因为自己的鲁莽和生疏，频遭醉桥训斥，每次都被带着出任务，没有机会开枪。而狙击手谢醉桥因为特殊的能力和杀伐果断的性格、毫不仁慈，百发百中的枪法，被称为「艳火枪手」。 一个重要通缉的危险人物，黑秒针，在在一次特工任务中闹翻了整个总部。提携宋雨浓的长官娄群面临质询，盛怒之下苛责宋雨浓不作为，宋雨浓负气追击黑秒针，每次都跟在醉桥身后的雨浓欲上前击毙敌人，不料不敌。谢醉桥为了保护宋雨浓暴露被杀。雨浓连尸体都来不及抢回便被队友救走，醉桥牺牲。宋雨浓再次醒来的时候发现这个名号居然被封在自己头上，没有人记得谢醉桥这个人，也没有见到谢醉桥的尸体。雨浓试图找到其中究竟发生了什么，来拯救师哥，去联系师哥有关的人，长官娄群，醉桥护理枪的店老板沙明，通过他们罗生门式的叙述，却发现，谢醉桥的死正是他的死亡造成的……多个轮回每个都指向了醉桥的死亡……

　　2007年，Dr.James在半岛军火商的支持下研究生化人。研究过程中，生化人安德烈发生基因突变大开杀戒，将半岛军火商杀害，并控制其组织，接管生化人的研究。Dr.James侥幸逃生，只好寻求警方的保护。特工林东（成龙 饰）不得以离开生命垂危的小女儿西西，接受证人保护任务...
　　十三年后，一本科幻小说《机器之血》的出版引出了黑衣生化人组织，神秘骇客李森（罗志祥 饰）（被杀害的半岛军火商的儿子），以及隐姓埋名的林东，三股力量都开始接近一个“普通”女孩Nancy（欧阳娜娜 饰）的生活，想要得到她身上的秘密。而黑衣人幕后受伤隐藏多年的安德烈也再次出手，在多次缠斗之后终于抓走Nancy。林东和李森，不得不以身犯险一同前去解救，关键时刻却发现李森竟然是被杀害的半岛军火商的儿子，生化人的实验记录也落入了李森之手......

　　小纯、大龙、艾琳、哈雷四个即将毕业的大学生相约去郊外远足露营。四人正惬意地享受着这次郊游的乐趣，远处一声巨大的爆炸却打破了他们这段难得的青春时刻。当四人回到小镇的那一刻，他们意识到整个世界已经变得不一样了。在艰险地躲过一次又一次的外星机甲追杀后，他们来到了昔日的大学教授家。都教授告诉了他们有关外星侵略的来龙去脉，四人于是决定与都教授一起对抗残暴的外形机甲。同时另一幸存的人类组织在一名总督的带领下为了抢夺资源与小纯等四人展开激烈的斗争，面对着人类的互相残杀与外星机甲的大规模侵略，四人不得不快速成长起来，为了捍卫人类的尊严而战。但他们没有意识到，战争是永远不会停歇的。