【变形金刚2剧情】第一幕：上海
NEST(非生物地外物种部门)仍然在追踪霸天虎，铁皮(Ironhide)、横炮(Sideswipe)、擎天柱、双胞胎机器人以及军方的Epps、Lennox都在这里。他们顺着破坏者(Demolisher)的信号找到了他，但在靠近时破坏者变形成为巨轮(预告片中的那一幕)，不过擎天柱和铁皮从他的侧面袭击最终击败了他。与此同时，横炮也把边路(Sideways)干掉了。破坏者在死之前透露了“堕落金刚”的名字。
【变形金刚2剧情】第二幕：萨姆的家
电视里正在直播关于Mission City(第一集结尾大战的城市)的听证会，他们指责一家机器人公司刻意隐瞒实情，但萨姆(Sam)、米凯拉(Mikaela)还有萨姆的父母都知道真相。萨姆正在打点行李准备去上大学，米凯拉打来电话，她对远距离恋爱十分不安。萨姆口袋里的魔方碎片这时掉到了地板上，在地上烫了一个洞，又掉到楼下的厨房，并把约6样厨房电器变成了变形金刚，微波炉和手机打了起来，微波炉把手机吞进肚子里加热杀了它，这些机器人跑上了楼追着萨姆，幸好大黄蜂来了，他消灭了这些机器人，但也把房子破坏了。
萨姆把魔方碎片交给米凯拉保管，后者把碎片藏到了父亲摩托车行里。霸天虎间谍转轮(wheelie)窃听到了他们的计划，准备偷走碎片。
【变形金刚2剧情】第三幕：NEST总部
擎天柱汇报关于“破坏者”的消息，国家安全协会(NSA)的顾问盖洛威(Galloway)不信任汽车人，他说霸天虎来地球都是汽车人招引来的，他甚至提出让总统驱逐汽车人。汽车人不知道“堕落金刚”是谁，因为寄存他们所有历史的魔方已经被摧毁了。声波(Soundwave)窃听他们汇报任务，知道了威震天在海底的具体位置。
声波放出机器狗(Ravage)，机器狗然后和蛛形机器人“医生”(Doctor)闯进NEST总部偷走了魔方碎片。
【变形金刚2剧情】第四幕：大学
萨姆的室友里奥(Leo)深信变形金刚的存在，他还开办了一家网站，专门报道各地出现的变形金刚消息，不过总是被一个网名叫“机器战士”(Robo Warrior)的人开的另一家网站抢了先。
里奥用黑客手段进入了学校网站数据库，把最漂亮的女孩都安排住进了他们宿舍那一层。就这样爱丽丝(Alice)进入了萨姆的生活。
萨姆和里奥去参加派对，萨姆总是产生幻觉，看到一些奇怪的符号(象形文字)，他试图把符号画在蛋糕上。爱丽丝拉他去跳舞，这时萨姆听到了外面有熟悉的汽车声，他出去一看是大黄蜂，大黄蜂带萨姆去了一个墓地，擎天柱也在那里。他们警告萨姆说魔方碎片被偷了，并提出让萨姆作为汽车人的发言人。萨姆不太愿意，他想过正常的生活，他也不知道自己能做什么，因为擎天柱都说服不了那些人他又怎么能做到呢？擎天柱相信萨姆，没有强迫他。
【变形金刚2剧情】第五幕：海底
机器狗和医生潜入大洋海底，把魔方碎片插入威震天让他复活了。
【变形金刚2剧情】第六幕：课堂
瑞恩·威尔森(Rainn Wilson)扮演的萨姆的教授正在上课，萨姆打开书开始速读，然后又出现了幻觉，发癫的他发表了很多高论，如爱因斯坦是错的、宇宙是如何形成的等等，最后他被赶出课堂，跑到图书馆里看一本他祖父的书。
【变形金刚2剧情】第七幕：太空
威震天变成赛伯坦星球飞机的形态离开地球，前往另一个星球(可能是火星)。他在那里见到了正在等他的红蜘蛛(Starscream)还有堕落金刚。和堕落金刚在一起威震天也只能俯首称臣，它们俩的关系类似“星战”里的西斯大帝和黑武士达斯维达。堕落金刚说有办法再造一个魔方，威震天说魔方已经被摧毁了，堕落金刚反问他一句“你不是也一样吗”。堕落金刚告诉威震天，萨姆知道那个埋藏“领导模块”的地点，并要他们立刻找到他。威震天想拥有“Primes”们的力量，堕落金刚许诺会满足他，于是15个霸天虎出发跟着威震天和红蜘蛛前往地球，而此时萨姆早已在霸天虎的监视之下。
【变形金刚2剧情】第八幕：米凯拉的摩托车行
米凯拉发现了老在周围晃悠的转轮，转轮供认说堕落金刚命令他获取藏在碎片里的知识，米凯拉把转轮关了起来，带着他去找萨姆。
【变形金刚2剧情】第九幕：萨姆的大学
爱丽丝在萨姆的寝室，把萨姆逼近了墙角，正要亲他时米凯拉赶到了。在走廊里的里奥在电视里看到了一个机器人和爱丽丝长得一样，原来爱丽丝是受霸天虎操控的、来自迪士尼乐园的人形机器人。经过一番争斗，萨姆、米凯拉、里奥坐上车，逃离了宿舍。在这种紧张气氛下，里奥还不忘打哈哈，问萨姆是不是从未来被派来拯救他自己的(《终结者》笑话)，正说笑间车猛撞到了电线杆，从爱丽丝身上轧了过去。然而他们还没来得及庆幸就被一架霸天虎的直升机机器人抓住了。
