Jake (Sam Worthington), le Dr Grace Augustine (Sigourney Weaver), le jeune scientifique Norm Spellman (Joel David Moore) et le pilote de tiltrotor Trudy Chacon (Michelle Rodriguez) entrent en rebellion contre les plans de Quaritch et se réfugient dans une base avancée dans les montagnes flottantes, base dotée de "caissons de pilotage" d'avatars.