年轻的查理·金凯德在家中发现了一个秘密总部，似乎是属于一个超级英雄的。他告诉了他的朋友们，他们开始相信，与金凯德关系疏远的父亲可能过着秘密的双重生活。

济州岛最南端的海域上，石油勘探船“月食号”深入海底2500米下的第七矿区石油开发区进行石油勘探。船员们都雄心勃勃，斗志昂扬，梦想着开发巨大的油田，报效国家。然而，无数次的勘探作业都以失败告终。因此，总

格雷西（桑德拉·布洛克 Sandra Bullock 饰）意外成为美国小姐之后，一夜之间成了名人。每次参加活动都会因为“粉丝”的围观、纠缠或者索要签名而暴露身份，影响整个行动，殃及一起执行任务的同事。

冷战结束后，天控局面临被解散的危险，但是这个美国最大的特务机关，依旧担负着重要的使命。不过，近期天控局总部却遭受了突发性袭击，导致特工们都有被身份曝光的危险。其中也包括强壮如牛、身手不凡的23号特工（道恩•强森 Dwayne Johnson 饰）。总部经过研究发现，袭击事件是一个叫盖不达集团的，为了迎敌，总部对分析家麦克斯韦（史蒂夫•卡瑞尔 Steve Carell 饰）委以重任，后者终于等到了一展身手的机会。于是，他积极参与了对付盖不达的行动，不过之前的两次演习都被他搞砸了。唯一的收获是，他跟99号特工

东京和纽约，接连发生两起利用病毒Wizard制造的爆炸事件，该病毒的开发者亚历山大·卡罗琳娜·圆（堀北真希 饰）被人称作天才少女，而她正是冒失鬼ATARU（中居正广 饰）当年的旧相识。警视厅迅速成立搜查总部，冷峻干练的女性管理官星秋穗（松雪泰子 饰）亲自坐镇，指挥搜查的进行。谁知FBI带着ATARU突然介入，日美共同搜查总部旋即结成。就在此时，本已离职并经营起自己的侦探所的蛯名舞子（栗山千明 饰）也掺合进来。小圆锁定了罪虐深重的人，对他们展开了缜密的追杀。但其超高的智商，让日美警方全然摸不清头脑。 ATA