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기후학자인 잭 홀박사는 남극에서 빙하 코어를 탐사하던 중 지구에 이상변화가 일어날 것을 감지하고 얼마 후 국제회의에서 지구의 기온 하락에 관한 연구발표를 하게 된다. 급격한 지구 온난화로 인해 남극, 북극의 빙하가 녹고 바닷물이 차가워지면서 해류의 흐름이 바뀌게 되어 결국 지구 전체가 빙하로 뒤덮이는 거대한 재앙이 올 것이라고 경고한다. 그러나 그의 주장은 비웃음만 당하고 상사와의 갈등만 일으키게 된다. 잭은 상사와의 논쟁으로 퀴즈대회 참가를 위해 뉴욕으로 가는 아들 샘을 데려다 주는 것을 잊어 버리고 만다. 얼마 후 아들이 탄 비행기가 이상난기류를 겪게 되고 일본에서는 우박으로 인한 피해가 TV를 통해 보도되는 등 지구 곳곳에 이상기후 증세가 나타나게 된다. 잭은 해양 온도가 13도나 떨어졌다는 소식을 듣게 되고 자신이 예견했던 빙하시대가 곧 닥칠 것이라는 두려움에 떨게 된다. 잭은 앞으로 일어날 재앙으로부터 아들을 구하러 가려던 중 백악관으로부터 연락을 받는다. 잭은 브리핑을 통해 현재 인류의 생존을 위해서는 지구 북부에 위치한 사람들은 이동하기 너무 늦었으므로 포기하고 우선 중부지역부터 최대한 사람들을 멕시코 국경 아래인 남쪽으로 이동시켜야 한다는 과감한 주장을 하면서 또다시 관료들과 갈등을 겪게 된다. 이동을 시작한 사람들은 일대 혼란에 휩싸이게 되고 그럼에도 불구하고 잭은 아들이 있는 북쪽 뉴욕으로 향한다. 인류를 구조할 방법을 제시한 채 아들을 구하기 위해 역진하는 잭의 운명은 어떻게 될 것인가? 또, 인류는 지구의 대재앙을 극복할 수 있을 것인가?
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지구에 잠입한 외계인을 감시하는 MIB요원 제이. 요원 케이가 MIB를 떠난 후, 많은 파트너들과 호흡을 맞추지만 베테랑 케이의 빈자리가 크기만 하다. 또 다른 수다쟁이 요원 프랭크는 파트너라기보다 오히려 제이를 거추장스럽게 하며 말썽만 피울 뿐인데… 그러던 중 25년전, MIB에게 당한 복수를 위해 마이크로 우주선이 지구에 침입한다. 콜라캔 크기의 우주선에서 내린 외계 생명체는 여성지 모델로 자신을 복제하고 MIB에 침입한다. 그녀의 이름은 셀리나… MIB요원 중 일부가 셀리나와 손을 잡게 된 사실을 알게 되는 제이. 그러나 때는 이미 늦어 지구는 은하계의 전쟁에 휘말린 위험에 처하게 된다. 위기에 놓인 지구, 요원 제이는 요원 케이의 도움을 필요로 하게 되고 제이는 케이의 기억을 복구시키려 갖은 애를 쓰는데…