Il film racconta di racconta la storia dell’adolescente Cassie (Chloe Grace Moretz), che vive con la famiglia nelle vicinanze di Cleveland, in Ohio. Le dinamiche serene e tranquille del piccolo sobborgo vengono sconvolte da un’imponente astronave, che appare misteriosamente cominciando a girare attorno al pianeta. Dopo dieci giorni gli alieni, scatenano una guerra, iniziando a sterminare gli umani con diversi attacchi, noti come “onde”: la Prima Onda colpisce tutta la rete elettrica; la Seconda Onda causa un terremoto talmente potente da far tremare l’intero pianeta e modifica la geologia della Terra; la Terza Onde diffonde un’epidemia in tutto il globo.

La popolazione viene decimata e la Quarta Onda permette agli Altri, così sono chiamati gli alieni, di discendere sul suolo terrestre per impossessarsi del cervello dei sopravvissuti e uccidere gli ultimi umani rimasti in vita. Con il padre e il fratello minore Sam, Cassie cerca rifugio, ma a causa di un incidente i tre si separano. Mentre i sopravvissuti aspettano una preannunciata Quinta Onda, Cassie cerca disperatamente il fratellino. Durante il suo peregrinare incontra un uomo di nome Evan, che le offre il suo aiuto. Mentre cerca di capire quale sarà la Quinta Onda e come colpirà, la ragazza si imbatte in una squadra di giovani reclute, guidate e addestrate da Ben Parish (Nick Robinson), convinte di combattere per fronteggiare l’invasione aliena…