Le paléoclimatologue Jack Hall prévoit que le réchauffement de la planète provoquera très bientôt une série de catastrophes naturelles ayant pour conséquence de faire fondre les glaciers et, par déréglement climatique, de donner naissance à une nouvelle ère glaciaire.
De fait, peu après, une pluie de grêlons s'abat sur Tokyo, un ouragan dévaste Hawaii, New Delhi est ensevelie sous la neige, une série de tornades détruit Los Angeles et New York subit un gigantesque raz-de-marée. Puis, comme prévu, presque tout l'hémisphère nord se retrouve couvert de glace.
Partant à pied de Washington en compagnie de deux assistants, Jack se dirige vers New York pour secourir son fils Sam, qui a trouvé refuge dans la bibliothèque de Manhattan en compagnie de sa nouvelle petite amie Laura et de quelques autres camarades de classe.