作為亞洲金融中心的香港被稱作“最安全的城市”，豈料警局接到一通匿名電話，對方聲稱劫持了警隊的一輛前線沖鋒車以及車內(nèi)的五名警員和武器裝備。此次事件引起了香港警隊高層的高度重視，適逢處長（王敏德 飾）出訪國外，此時由鷹派人物行動副處長李文彬（梁家輝 飾）與年輕的管理副處長劉杰輝（郭富城 飾）一起負責這次案件，并將行動命名為“寒戰(zhàn)”，李文彬任總指揮。李文彬的兒子（彭于晏 飾）也是人質(zhì)之一，劉杰輝因此對李文彬父子產(chǎn)生懷疑。與此同時，匪徒展開了進一步行動：警察被殺、爆炸案頻發(fā)……到底是誰在將整個警隊玩弄于鼓掌之中？香港真的是“最安全的城市”嗎？

在未來世界，由于痛失愛子，天才科學家天馬博士（尼古拉斯·凱奇 Nicolas Cage 配音）創(chuàng)造出了機械人阿童木（弗萊迪·海默 Freddie Highmore 配音），想以此來作為兒子的替身，尋找安慰。雖然，阿童木擁有博士兒子的情感和記憶，而且先進的程序還在不斷完善其情緒，并讓他富有同情心。可是，博士始終無法接受失子之痛，對阿童木也不能正確對待，并認為他不是人類而將其拋棄。阿童木淪落為無家可歸的流浪兒，而且還備受軍方的四處通緝，并最終被抓住。軍方要求天馬博士拿掉阿童木的能源，讓它變成軍方機器人的能源配備。在最后時刻，天馬博士突然醒悟，并協(xié)助阿童木逃走。面對軍方的圍追堵截，阿童木奮起反抗，最終一場驚世大戰(zhàn)一觸即發(fā)。在不斷的旅行過程中，阿童木也逐漸成長，他也接受了自己這機械與人類結(jié)合的設(shè)計，并肩負起全人類生死存亡的重任。