Der frühere UN-Mitarbeiter Gerry Lane ist mit seiner Frau und seinen beiden Töchtern unterwegs im pennsylvanischen Philadelphia, als dort eine Zombie-Pandemie ausbricht. Lane beobachtet, wie sich ein durch Bisse infizierter Mensch innerhalb von gut zehn Sekunden in ein rasendes Monster verwandelt. Die Kampferfahrung, die er bei UNO-Aufträgen in Krisengebieten erworben hat, hilft ihm, sich mit seiner Familie in einem Hochhaus vorläufig in Sicherheit zu bringen. Der UNO-Vizegeneralsekretär und frühere Chef Lanes bei der UNO, Thierry Umutoni, nimmt Kontakt mit ihm auf und sorgt dafür, dass er und seine Familie in letzter Minute mit einem Hubschrauber vom Dach des Hochhauses gerettet werden. Man fliegt sie zum UNO-Hauptquartier, das sich derzeit auf einem Kriegsschiff der US-Navy befindet.
Dort zeigt sich, wie aussichtslos die Lage ist: Weite Teile der Welt sind von Zombies überrannt worden, die meisten Großstädte sind bereits verloren. Lane soll den Virologen Fassbach begleiten und den Ursprung der Seuche finden, damit ein Impfstoff entwickelt werden kann. Lane weigert sich, seine Familie zu verlassen. Dann aber würden er und seine Familie zurück an Land gebracht, da das Schiff für Funktionsträger im Kampf gegen die Seuche reserviert ist. Lane willigt ein und fliegt mit dem Wissenschaftler und einem Trupp Soldaten los. Fassbach erklärt ihm, Ursache für die Zombieattacken sei offensichtlich eine Infektion. Jede Infektion habe allerdings eine Schwachstelle, die man finden müsse, um die Krankheit bekämpfen zu können.
Erstes Ziel ist die US-Militärbasis Camp Humphreys in Südkorea, von der einige Tage vor dem globalen Ausbruch der Seuche eine E-Mail gesendet wurde, in der von Zombies die Rede war. Fassbach erschießt sich dort versehentlich. Lane findet den Auslöser der Seuche nicht, erfährt aber, dass Geräusche die Zombies anziehen und dass zwischen dem Biss durch einen Zombie und der Verwandlung des Gebissenen in einen Zombie nur wenige Sekunden liegen. Ferner bekommt er von einem CIA-Agenten die Information, dass Israel schon vor Ausbruch der Seuche eine hohe Mauer um Jerusalem errichtet habe, um die Stadt zu schützen. Der Mossad habe anscheinend gewusst, was passieren würde. Lane beschließt, dorthin zu fliegen. Der Abflug gelingt nur knapp, denn zunächst muss das Flugzeug unter widrigen Umständen betankt werden und attackierende Zombies verhindern den Start beinahe.
Die Israelis können Lane nicht weiterhelfen: Sie hätten nur einen Funkspruch abgefangen, in dem von Zombies in Indien die Rede gewesen sei, ihn im Unterschied zu anderen Geheimdiensten ernst genommen und entsprechend gehandelt. Über den Ursprung der Infektion wisse man nichts. Unterdessen wird auch Jerusalem bestürmt. Menschen, die in die Stadt gelassen werden, feiern ihre Rettung mit lautem Gesang, der Scharen von Zombies anlockt, die schließlich die Mauer überwinden können. Lane flieht zusammen mit einer israelischen Soldatin, die sich nur „Segen“ nennt (hebräisch für Oberleutnant). Nach einem Zombiebiss rettet er ihr das Leben, indem er ihr die gebissene Hand abhackt. Sie verlassen Israel in einem voll besetzten weißrussischen Verkehrsflugzeug.
Lane hat beobachtet, dass die Zombies schwerkranke Menschen ignorieren: Da nur gesunde Wirtskörper für die Infektion in Frage kommen, so seine Vermutung, seien Kranke für die Zombies unsichtbar. Lane glaubt, die Schwachstelle des Erregers gefunden zu haben. Er lässt das Flugzeug in die walisische Hauptstadt Cardiff umleiten, wo sich die nächste noch funktionsfähige medizinische Forschungseinrichtung der WHO befindet. Auf dem Weg dorthin bricht die Seuche an Bord aus, nachdem einem Zombie aus dem Frachtraum der Zugang zur Küche im Passagierbereich gelingt. Lane wirft in letzter Not eine Handgranate, und die Maschine stürzt ab.
Lane und Segen überleben. Im UNO-Hauptquartier auf dem Kriegsschiff nimmt man an, dass Lane und seine Begleiter gestorben oder infiziert sind, da der Kontakt seit längerem abgebrochen ist. Lanes Familie hat auf dem Schiff kein Aufenthaltsrecht mehr und wird in ein Flüchtlingslager in der kanadischen Seeprovinz Nova Scotia gebracht.
Über ein Satellitentelefon nimmt Lane Kontakt mit dem Hauptquartier auf und erfährt, wo seine Familie ist. Nun ist es für ihn noch dringender, seine Theorie zu überprüfen. In der Forschungseinrichtung haben viele der dort stationierten Forscher überlebt, jedoch können nur vier Lane weiterhelfen. Es gibt dort ausreichend Proben verschiedener Erreger, die teils heilbare, teils unheilbare Krankheiten verursachen. Diese Proben befinden sich allerdings in einem von Zombies überrannten Gebäudebereich. Mit Hilfe der Soldatin Segen und des Direktors der Forschungseinrichtung gelingt es Lane, das Hochsicherheitslabor der Einrichtung zu erreichen und sich dort selbst mit einer tödlichen Krankheit zu infizieren, von der er nicht weiß, um welche es sich handelt. Auf seinem Weg zurück lassen ihn die Zombies völlig unbehelligt. Sie nehmen ihn anscheinend gar nicht wahr, was seine Hypothese bestätigt. Wieder in Sicherheit, wird ihm das Gegenmittel gegen die Infektion injiziert.
Die Nachricht von seiner Entdeckung verbreitet sich schnell. Ein spezielles Virus wird entwickelt und als Impfstoff weltweit verteilt, das Menschen für Zombies „unsichtbar“ macht. So gelingt es der Menschheit, sich gegen die Zombies zu wehren. Lane wird zu seiner Familie nach Nova Scotia geflogen. Der Film endet mit Lanes Worten, dass Hoffnung bestehe, der Krieg aber gerade erst begonnen habe.
