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裏德·理查茲（邁爾斯·特勒飾）的科學夢想即將實現，他將飛往宇宙風暴的中心，揭開人類基因的密碼。同行的還有，項目贊助人馮·杜姆（托比·凱貝爾飾）、博士的前女友蘇珊·斯通（凱特·瑪拉飾）、她弟弟約翰尼·斯通（邁克爾·B·喬丹飾）、宇航員本·格林姆（傑米·貝爾飾）。
不料飛船接近風暴中心時，由于計算錯誤，導致飛船被宇宙射線所吞沒，大難逃生返回地球後，組員們的基因因宇宙射線的影響，發生了變異，他們具有了各個不同的超能力。
理查德、蘇、約翰尼和本組成了“神奇四俠”，利用宇宙射線所賦予的超能力去打擊黑暗勢力、幫助世界。杜姆獲得超能力後變身成爲了“毀滅博士”，正在實施他的邪惡計劃，神奇四俠出擊維護世界和平。