Seiring pesatnya pembangunan di berbagai belahan dunia, semua itu tentu saja tidak di bayar dengan gratis. Ada berbagai konsekuensi besar yang mengintai apabila pembangunan-pembangunan tersebut tidak di lakukan dengan memperhatikan dampaknya pada lingkungan. Mulai dari banjir, longsor, hingga abrasi.
Salah satu isu lingkungan yang tengah mengemuka dalam satu dekade terakhir adalah tentang pemanasan global. Dampaknya sudah mulai terasa dalam kehidupan sehari-hari dengan kacaunya kalkulasi musim panas dan hujan. Di film "The Day After Tommorow" ini di gambarkan dengan jelas dampak dari pemanasan global tersebut.
Jack Hall adalah seorang pakar iklim. Dia bersama kedua rekannya, Frank dan Jason, melakukan pengeboran untuk meneliti kondisi es yang bisa menjadi indikasi perubahan iklim. Namun mereka menemukan hasil yang mengejutkan karena es itu mengalami keretakan yang tidak biasa.
Dalam konferensi PBB, Jack membeberkan hasil penelitiannya dan mengatakan bahwa pemanasan global yang sedang terjadi dapat menimbulkan dampak yang mengerikan dan dapat membuat dunia kembali ke masa zaman es. Namun, pemaparan Jack mengenai hal ini di anggap remeh oleh Wakil Presiden Amerika, Reymon Becker.
Tapi di samping itu, seorang peneliti samudera asal Skotlandia, Terry Rapson, memiliki pendapat yang sama dengan Jack. Rapson menemukan bukti yang menunjukkan adanya penurunan suhu dengan jumlah yang signifikan. Rapson menilai bahwa hal itu cukup menguatkan teori yang di kemukakan oleh Jack.
Kemudian Jack dan Rapson membentuk tim untuk mengantisipasi kemungkinan buruk dari pemanasan global bersama ilmuwan dari NASA. Jack memperkirakan bahwa dunia akan kembali ke zaman es lebih cepat dari perkiraannya yaitu ratusan tahun apabila tidak segera di lakukan perubahan besar. Jack meminta Becker untuk mulai mengevakuasi warga Amerika di pesisir utara tetapi Becker menolak.
Sementara itu, di belahan dunia utara terjadi sebuah badai yang langsung menerjang Kanada, Skotlandia dan Siberia. Jepang di landa hujan es, India di landa badai salju, dan California di terjang angin ribut.
Pemerintah Amerika mengambil langkah menutup penerbangan. Membuat Sam, anak Jack yang tengah berada di New York untuk mengikuti lomba, terpaksa harus menunda kepulangannya. Sam bersama kedua temannya, Brian Parks dan Laura terpaksa berdiam diri di dalam sebuah perpustakaan saat New York mulai di landa badai besar. Badai tersebut mengakibatkan banjir di New York. Sedangkan Manhattan di terjang luapan air yang menyerupai tsunami.
Kesulitan mendapatkan sinyal ponsel, Sam menelpon ayahnya, Jack, dan ibunya, Lucy, dengan menggunakan telepon umum. Jack memerintahkan Sam agar tidak keluar dari ruangan. Jack juga meminta Sam untuk mengingatkan orang-orang yang ada di sana agar tidak pergi ke arah utara karena di wilayah utara sedang terjadi kerusakan besar. Sementara itu ibunya Sam, Lucy, yang bekerja sebagai dokter di rumah sakit harus bertahan demi menyelamatkan pasiennya.
Saat Presiden Amerika, Blake, memerintahkan warga untuk segera di evakuasi ke Meksiko, para warga yang tengah berada di dalam perpustakaan bersama dengan Sam dan teman-temannya itu, mereka mulai bepergian ke wilayah utara. Sam berusaha memperingatkan mereka seperti yang sudah di pesankan oleh ayahnya namun peringatannya tidak di gubris sama sekali.
Meksiko ternyata sudah menutup perbatasan. Namun, Blake membujuk pemerintah Meksiko untuk membuka perbatasan dengan imbalan menghapuskan hutang negara-negara Amerika Latin. Akhirnya, para warga yang tetap bersikukuh pergi ke Meksiko harus tewas di tengah jalan karena membeku. Sedangkan Sam bersama beberapa temannya yang masih berada di perpustakaan mencoba untuk tetap bertahan dan mencari cara agar tetap selamat. Sementara Jack, mencoba pergi dari Washington untuk segera menyelamatkan anaknya, Sam.
