Le paléoclimatologue Jack Hall (Dennis Quaid) et ses deux collègues effectuent une mission scientifique de routine en Antarctique : le forage de carottes de glace. Cependant, le plateau de glace se détache soudain du reste du continent.

Des dérèglements climatiques importants se produisent sur la planète : trois hélicoptères de la RAF, piégés dans l'œil d'un cyclone, s'abattent car la température monstrueusement glaciale (-150 °F ou -101°C, sachant que le record du monde est de -93°C) a gelé leurs rotors ainsi que le carburant. Dans le même temps, des énormes grêlons frappent Tokyo, de gigantesques tornades détruisent Los Angeles et New York est noyée sous les eaux qui finissent par geler pour transformer la ville en une gigantesque banquise.

C'est aussi l'histoire d'un père (Dennis Quaid) qui ira chercher son fils, Sam, bloqué avec un groupe de survivants dans la bibliothèque municipale de New York qui est ensevelie sous les glaces.