เรื่องราวนี้เป็นการนำเสนอต้นกำเนิดของทีมซูเปอร์ฮีโร่ที่โด่งดังอย่าง แฟนแทสติก โฟร์ ในยุคปัจจุบัน รีด ริชาร์ดส (Reed Richards) (รับบทโดย Miles Teller) อัจฉริยะหนุ่มอายุน้อยผู้หมกมุ่นกับการสร้าง เครื่องเคลื่อนย้ายมิติ ที่สามารถเดินทางไปยังมิติอื่นได้

รีดได้ร่วมมือกับ เบน กริมม์ (Ben Grimm) (รับบทโดย Jamie Bell) เพื่อนรักของเขา และถูกชักชวนให้เข้าร่วมโครงการวิจัยของ ดร. แฟรงคลิน สตอร์ม (Dr. Franklin Storm) ที่สถาบันวิจัยแบ็กซ์เตอร์ (Baxter Foundation) ที่นั่นเขาได้พบกับ ซู สตอร์ม (Sue Storm) (รับบทโดย Kate Mara) นักวิทยาศาสตร์ผู้ปราดเปรื่อง และ จอห์นนี่ สตอร์ม (Johnny Storm) (รับบทโดย Michael B. Jordan) พี่ชายของซูผู้บ้าบิ่นและกระหายความตื่นเต้น

พร้อมด้วย วิกเตอร์ วอน ดูม (Victor Von Doom) (รับบทโดย Toby Kebbell) ผู้ร่วมงานที่ถูกมองข้าม พวกเขาทั้งห้าได้เดินทางข้ามมิติไปยังมิติที่เรียกว่า ดาวเคราะห์ศูนย์ (Planet Zero) แต่การเดินทางกลับผิดพลาดอย่างรุนแรง

เมื่อพวกเขากลับมาสู่โลก พวกเขาก็พบว่าร่างกายของพวกเขาเกิดการ เปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรม อย่างถาวรและน่าตกใจ ทำให้พวกเขาได้รับพลังเหนือมนุษย์:

• รีด สามารถยืดตัวได้เหมือนยาง (Mr. Fantastic)

• ซู สามารถล่องหนและสร้างเกราะพลังงาน (Invisible Woman)

• จอห์นนี่ สามารถจุดไฟและเหาะเหินได้ (Human Torch)

• เบน กลายร่างเป็นก้อนหินที่มีพละกำลังมหาศาล (The Thing)

ขณะที่พวกเขาพยายามเรียนรู้ที่จะควบคุมพลังที่มาพร้อมกับความทุกข์ทรมาน วิกเตอร์ ซึ่งรอดชีวิตมาจากการเดินทางครั้งนั้น ก็กลับมาพร้อมกับพลังที่มืดมิดและกลายเป็น ดร. ดูม (Doctor Doom) ผู้ชั่วร้าย พวกเขาทั้งสี่ต้องละทิ้งความหวาดกลัวและรวมพลังกันในฐานะ แฟนแทสติก โฟร์ เพื่อต่อสู้กับภัยคุกคามที่ยิ่งใหญ่ที่สุดต่อโลก