Famosos científicos de todo el mundo están desapareciendo misteriosamente, y la reportera del Chronicle, Polly Perkins (Gwyneth Paltrow) y el experto aviador Sky Captain (Jude Law) lo están investigando. Arriesgando sus vidas, viajan a lugares exóticos, pero ¿podrán detener al malvado doctor Totenkopf, cuyo objetivo es destruir la tierra? Para cumplir su misión cuentan con la ayuda de Franky Cook (Angelina Jolie), comandante de un escuadrón femenino, y de un genio de la tecnología (Giovanni Ribisi)