A finales del siglo XXI la Tierra estaba tan contaminada y superpoblada, que los habitantes más pudientes acabaron por huir del planeta para poder conservar su estilo de vida hasta Elysium, una estación espacial donde han recreado artificialmente un ambiente sano y similar al terrestre anterior a tales desgracias.
Algún tiempo después el pequeño Max llega a un orfanato de Los Ángeles, donde una monja le presenta a Frey, una niña de su edad que es también nueva allí y de la que se hará amigo de inmediato, y la cual le enseñará a leer, viendo juntos libros en los que aparecen animales que ya no existen, leyendo también otro libro donde hablan de Elysium, un lugar paradisíaco donde los robots hacen todo el trabajo y donde la gente no enferma ni envejece, asegurándole Max que algún día la llevará allí.
Max realiza un robo y una de las monjas le pregunta por qué lo hizo, comprendiendo que es por el sueño de poder comprar un pasaje para Elysium, asegurándole la monja que ellos no podrán ver ese mundo, lo que Max considera injusto, aunque la monja trata de consolarlo asegurándole que él está llamado a ser alguien especial.
Los Ángeles, año 2154. Max, ya adulto madruga para ir a trabajar en la cadena de montaje de la fábrica de Armadyne.
Mientras hace cola para coger el autobús que le llevará desde el suburbio en que vive hasta la fábrica es abordado por dos androides policías que le piden que le muestre lo que lleva en su bolsa tras comprobar que tiene numerosos antecedentes penales, tomándose una broma suya sobre el contenido de su mochila como un acto de desobediencia a la autoridad.
Herido por la actuación de los policías debe acudir a un hospital, donde es atendido por Frey, sorprendiéndole verla allí después de mucho tiempo, aunque se muestra feliz al ver que consiguió ser enfermera, asegurándole él que ya no roba coches, y aprovechando para pedirle que cene con él, aunque ella lo rechaza asegurando que su vida es complicada, acabando por permitir quedar para tomar juntos un café.
Acude tras ello a ver a su agente de la condicional, también un androide que le informa de que se le amplía en 8 meses su libertad condicional debido a sus antecedentes como ladrón de vehículos, por tenencia de armas y por resistencia a la autoridad.
Debido a estos hechos Max llega tarde al trabajo, amenazando su jefe con despedirlo al ver su brazo herido, aunque él le asegura rendirá igual, admitiéndole su jefe que continúe, aunque descontándole media jornada.
La empresa donde trabaja Max, Armadyne, donde construyen androides y armas, fue fundada por John Carlyle, que debe pasar mucho tiempo en la tierra tratando de recuperar la rentabilidad de la empresa.
Entretanto, en otro lugar de la ciudad un grupo de enfermos y discapacitados accede a tres transbordadores espaciales dispuestos a viajar hacia Elysium de forma clandestina gracias a Spider, que pirateó los códigos de tres transbordadores legales, partiendo de inmediato hacia la tierra prometida de Elysium tras proporcionarles nuevas identidades falsas que imprimen en su piel para que puedan lograr curarse.
Detectado el robo de los códigos y advertida de la aproximación a Elysium de las tres naves piratas, Delacourt, la Ministra de Defensa ordena que reactiven a Kruger, un agente "durmiente" que poseen en la Tierra, ignorando las leyes que no les autorizan a utilizar efectivos en el Planeta, ordenando a Kruger que derribe las naves.
Kruger lanza sus misiles contra las naves, impactando dos de ellos en sus objetivos y causando 46 bajas, si bien la tercera nave consigue esquivar el misil, penetrando en la atmósfera de Elysium y consiguiendo aterrizar en una zona residencial, corriendo sus ocupantes en todas direcciones mientras la ministra ordena detener a todos.
Dos de las personas llegadas a Elysium, una mujer y su hija lisiada llegan hasta una mansión en la que se cuela colocando a su hija en una de las cápsulas médicas capaces de curar cualquier enfermedad, consiguiendo que la niña recuperes sus miembros perdidos, mientras Delacourt recibe el informe de la detención de la mayoría de los intrusos o de su muerte, faltando solo la madre y la niña curada, que son detenidas poco después, siendo deportados a la Tierra de nuevo.
Tras el trabajo, Max regresa a su barrio donde se encuentra con su amigo Julio, que le propone que le ayude a robar varios coches, lo que es rechazado por Max pese a los ruego de Julio que le pide que se quede con él un año más, recordándole que fue una leyenda y se ha convertido en un trabajador más.
Cuando regresa al día siguiente al trabajo, y mientras por megafonía se advierte de que subieron las cuotas semanales, amenazando con despedir a quien no cumpla con ellas, ve cómo una puerta queda atascada al haber quedado enganchado un palé, por lo que queda bloqueada la cadena, advirtiéndole su jefe inmediato que entra para solucionarlo, pese a lo peligroso de la maniobra, o deberá vaciar su taquilla, por lo que finalmente accede a entrar, consiguiendo quitar el atasco, aunque la puerta se cierra tan deprisa que no puede salir, quedando expuesto a la radiación.
Cuando finalmente consiguen abrir las puertas es sacado semiinconsciente por un robot, viniendo en esos momentos a su cabeza su conversación en el orfanato con la religiosa, que le entregó un medallón con la imagen de la Tierra desde el espacio para mostrarle la belleza del planeta que también envidian en Elysium.
Cuando despierta, un robot le informa que ha estado expuesto a una dosis letal de radiación y que debido a ello experimentará un fallo multiorgánico irreversible y morirá en cinco días, aunque le entregan unas pastillas, el Miporol, que le permitirán vivir con normalidad hasta el momento de su muerte.
Entretanto, en Elysium se reúne el Gobierno, recordándole el Presidente Patel a Delacourt que mató a 46 personas y que las actuaciones contra los ilegales deben hacerse discretamente, estando prohibido el uso de agentes en estado latente y que a la siguiente actuación desautorizada será destituida, desoyendo la argumentación de la Ministra de la necesidad de proteger su modo de vida.
Le ordenan además prescindir de Kruger de forma permanente, algo que este se toma especialmente mal, montando en cólera.
Max llega a su barrio sin fuerzas, siendo atendido por Julio, al que le cuenta lo ocurrido, diciéndole que necesita ver a Spider para poder viajar a Elysium y curarse, diciéndole Julio que para ello necesitan mucho dinero y no tienen tanto.
Frey recibe la noticia de que su hija debe abandonar el hospital y quedarse en casa.
Julio va con Max a ver a Spider al que le pide un billete y una identificación, ofreciéndose a trabajar de nuevo para él a cambio, aunque aquel se niega a ello hasta que Max le expone su situación crítica, ante lo que Spider le hace una oferta: debe secuestrar a algún millonario de Eslysium que esté en la tierra recopilando la información orgánica de su sistema, como códigos bancarios o passwords, debiendo enchufar para ello su cerebro al de él para extraerle dicha información.
A Julio le parece una locura, pero Max está desesperado y acepta que le instalen un exoesqueleto conectado a sus sistema nervioso que le hará ser tan fuerte como un androide, exigiendo Max que le dejen un equipo de cuatro hombres elegidos por él, y que le permitan llevarse con él a Julio a Elysium, y exigiendo que el millonario sea Carlyle, presidente de Armadyne, que tan insensible se mantuvo ante su desgracia.
Este por su parte, y ya en Elysium visita a Delacourt para tratar de persuadirla de que el gobierno mantenga su contrato con Armadyne.
Delacourt accede, aunque a cambio le exige que, ya que fue él quien construyó Elysium, debe deshabilitar los servidores y colocar a un nuevo presidente en el poder, informándole él que si escriben una secuencia de reinicio y anulan el sistema podrán codificar un nuevo presidente, asegurándole Delacourt que si lo hace renovarán su contrato por 200 años.
Max recibe una nueva identidad antes de serle implantado el exoesqueleto y un dispositivo de datos en su cerebro, entregándole otro de los miembros del equipo de Spider una potente arma que al disparar su carga expansiva acabará con sus enemigos en un radio de 5 metros.
Max y su equipo salen tras ello dispuestos a acabar con Carlyle, el cual se dispone a regresar a Elysium tras haber desarrollado su virus, disparando Max un proyectil contra su nave en el momento en que despega, tras lo que lo siguen en coche esperando el momento en que el proyectil explote, acabando con una de sus alas y obligándole a aterrizar.
En Elysium detectan el fallo del motor, y Delacourt es informada del peligro que corre Carlyle, y su comprometida información, por lo que se pone en contacto con Kruger para advertirle que debe preservar los datos cerebrales de Carlyle, aunque él le recuerda que está inhabilitado, asegurándole ella que conseguirá que vuelvan a habilitarlo, y poniendo además a su disposición a dos agentes con los que ya ha trabajado como apoyo, Drake y Crowe.
La nave consigue aterrizar sin graves daños, acercándose Max con Julio, Sandro y Manuel hasta ella para cumplir con su objetivo, siendo defendido Carlyle por un androide que dispara contra ellos, encasquillándosele el arma a Max, aunque tras cambiarla consigue destrozarlo, dirigiéndose tras ello a la nave de la que sale otro androide que resiste sus disparos, por lo que acabará luchando Max con él cuerpo a cuerpo hasta conseguir, gracias a la fuerza que le proporciona su exoesqueleto, arrancarle la cabeza, si bien durante la refriega Carlayle recibe un disparo en el pecho, por lo que deben darse prisa, conectando ambos cerebros y consiguiendo descargar la información justo antes de que lleguen Kruger y sus hombres en un transbordador y antes de que Carlyle muera, aunque Sandro se da cuenta entonces de que la información está encriptada y no saben interpretarla.
Viendo que el transbordador se dirige hacia ellos, Sandro decide huir, siendo alcanzado por varios proyectiles que harán que explote, tratando los demás de huir en el coche, aunque Kruger dispara contra este haciéndolo volar.
Max sale aturdido mientras el transbordador aterriza y Kruger se dirige a él con un cuchillo que le clava, saliendo entonces Julio en su defensa evitando que lo remate al disparar contra él, que se revuelve y se acerca con una espada que le clava al amigo de Max sin misericordia.
Max coge el arma y dispara contra Kruger, que consigue crear un campo de fuerza que, aunque acaba con él en el suelo no lo mata.
Tras comprobar que su amigo ha muerto, Max huye, ordenando Delacourt que lo capturen cueste lo que cueste aunque sin dañar su cerebro, lanzándose el transbordador en su busca.
Herido y con las fuerzas mermadas, Max llega hasta la población, ayudándole una anciana a pasar desapercibido al ocultarlo bajo un carro cargado con cerdos.
En el transbordador también poseen los datos de Carlyle y entiende la importancia de la misión, ya que tiene en su cabeza las "llaves del reino".
Entretanto Delacourt da una orden de exclusión aérea para Los Ángeles, de modo que nadie pueda abandonar la ciudad hasta que Max sea capturado, comprendiendo Spider que Max huyó y debe tener algo muy importante en su memoria.
Max consigue llegar a las puertas del hospital donde Frey trabaja, justo antes de que esta lo abandonara con su hija. Y cuando ve tan mal a su amigo trata de buscar ayuda, aunque él se lo impide para evitar que lo capturen, por lo que Frey lo lleva a su casa, donde lo somete a una cura, cosiéndole la herida.
Cuando despierta al día siguiente le cuenta lo ocurrido y el poco tiempo que le queda de vida, viendo que Frey tiene una hija, Matilda, que le explica que está en la fase final de la leucemia y que pronto morirá, por lo que le pide a Max que la ayude, a lo que este le responde que no puede hacer nada y que si lo encuentran allí los matarán a los tres, por lo que decide marcharse, aunque antes Matilda le cuenta un cuento sobre un hipopótamo y un suricato que se hicieron amigos consiguiendo gracias a su amigo el suricato llegar a los árboles y poder comer, ganando el hipopótamo un amigo.
Cuando sale de la casa uno de los rastreadores enviados para tratar de localizarlo lo descubre, por lo que el transbordador aterriza en el barrio, entrando Kruger y sus ayudantes en tromba en casa de Frey a la que interrogan y se llevan tras ver que ignora dónde está Max.
Este llega hasta la guarida de Spider solicitando su viaje a Elysium, recibiendo la noticia de que el sistema de vuelo está inhibido y nadie puede salir, aunque piensa que si cerraron el cielo debido a lo que tiene en su cabeza, tal vez encuentre en ella la clave para volverlo a abrir, descubriendo al descargarlo que es un programa de reinicio para Elysium, pudiendo quien lo posea deshabilitar todo su sistema y convertir a todo el mundo en ciudadano de Elysium.
Como carece de tiempo y desea curarse, y sabiendo el valor de lo que posee en su cabeza, Max decide entregarse regresando al lugar donde derribó el rastreador para que lo vean y lo detengan, subiendo voluntariamente a la nave de Kruger, aunque llevando una granada que asegura hará explotar, y con ella lo que posee en su cabeza si no lo llevan hasta Elysium, descubriendo al subir que tienen a Frey y a Matilda.
Le comunican a Delacourt que lo tienen en su poder, abriendo esta de nuevo el espacio aéreo para recibirlos.
Entretanto, y aprovechando la apertura del espacio aéreo Spider y sus hombres suben a una nave dispuestos a partir hacia Elysium.
Poco antes de aterrizar Kruger y Crowe tratan de someter a Max, entablándose una pelea entre ellos como consecuencia de la cual Max suelta la granada, que explota en la cara de Kruger, haciendo que la nave pierda el control y se estrelle en el jardín de una de sus mansiones.
Delacourt ordena que se detenga a toda persona que abandone la nave, aprovechando la situación por ella misma creada para declarar la situación de emergencia nacional, quedando por ello Elysium bajo su control.
En la nave Max lucha por abrir la puerta para poder sacar a Frey y a su hija, a las que envía, tras lograrlo a la mansión cercana para que puedan utilizar su cápsula médica, siendo Max reducido por Crowe.
Frey consigue colocar a su hija en la cápsula, pero esta la identifica como no autorizada y no funciona, siendo detenida tras ello por Crowe que no atiende sus súplicas para que le ayude a salvar a su hija que entró en coma.
Cuando Max vuelve en sí descubre que está conectado a una máquina para extraer los datos de su cerebro, viendo cómo informan a Delacourt de que dichos datos están intactos, aunque le advierten que la extracción de los mismos acabará con la vida de Max, dando ella su consentimiento pese a todo y ordenando que dichos datos se transfieran a una nube de acceso restringido.
Spider y sus hombres llegan también hasta el planeta y tratan de localizar a Max, mientras Crowe y Drake llevan a Kruger hasta una cápsula médica donde le reconstruyen el rostro, aunque antes llevan a Frey y a Matilda a otra sala.
Cuando los agentes se disponen a sacar los datos del cerebro de Max este comienza a revolverse y gracias a su nueva fuerza consigue soltarse antes de que le anestesien, consiguiendo que le digan que las chicas están en el arsenal, al que se dirige.
Delacourt reprende a Kruger por haber chocado su nave ilegal en una zona residencial, no habiendo mantenido la misión en secreto como le pidió, advirtiéndole que si los descubren los colgarán por traición, ante lo que Kruger le responde que a ellos no los colgarán, pues ellos son los ejecutores, tras lo que le clava un cristal en el cuello a Delacourt, lanzándola tras ello al cuarto donde están Frey y Matilda.
Dispuestos a hacerse con el poder, Drake lanza una granada en la sala de control de la CCB, acabando con buena parte de sus agentes, lanzando poco después otra, mientras los que quedan con vida tratan de huir.
Delacourt fallece ante Frey que trataba de ayudarla.
Entretanto los sistemas de seguridad detectan la entrada de numerosos ilegales, Spider y sus hombres, poniéndose Max en contacto con aquel para preguntarle si con la información que posee en su cabeza podrían ser considerados todos los humanos ciudadanos de Elysium, a lo que este le responde afirmativamente, quedando con él para que le saque dicha información.
Entretanto Kruger se coloca también un exoesqueleto, ordenando a Crowe que elimine a Frey y a Matilda, aunque este trata antes de ello de acostarse con ella, llegando en ese momento Max que gracias a su fuerza consigue deshacerse de él, aunque entonces llega Drake y comienza a dispararle, consiguiendo Max hacerse con una potente arma y acabando con él, tras lo que se lleva a las mujeres, pidiéndole a Frey que salga y busque una plataforma médica, mientras él se queda esperando a Kruger.
Aparece entonces Spider con sus hombres y le pide que envíe a uno de los suyos a protegerlas mientras ellos buscan el modo de sacar los datos de su cabeza, siendo sorprendidos por Kruger que lanza un arma contra uno de los hombres, viendo cómo al sacársela provoca una explosión.
Una vez fuera Kruger, con renovadas fuerzas gracias a su exoesqueleto se lanza contra un Max ya muy debilitado valiéndose de su espada, aunque no consigue acabar con él gracias a que se interpone Spider cuando iba a hacerlo, haciendo además que pierda la espada, aunque poniendo para ello en riesgo su propia integridad, ya que Kruger lo deja fuera de combate al clavar su mano contra el suelo con una navaja.
Max se lanza entonces contra él con el resto de fuerzas que le quedan, luchando bravamente mientras Spider consigue conectar su ordenador para tratar de acceder al control central.
La lucha es brutal y Kruger está a punto de acabar con él clavándole un cuchillo, por lo que empieza a perder mucha sangre, pese a lo cual se lanza de nuevo contra él, quitando la anilla de una de las granadas que lleva encima, aunque Kruger lo une a él mediante un mosquetón por lo que acabarán muriendo juntos, aunque en un último esfuerzo Max consigue soltarse y lanzar a Kruger al vacío, explotando al caer.
Corren tras ello hasta el control central, donde podrán subir la información que Max guarda en su cabeza, mientras Frey y Matilda consiguen llegar a otra mansión, colocando a la niña en su plataforma médica.
Spider advierte a Max que si extrae la información de su cerebro morirá, accediendo este a ello, aunque se comunicará antes con Frey mediante un walkie-talkie, reconociendo que no podrá cumplir su promesa de volver junto a ella, aunque se muestra feliz de haber cumplido la promesa que le hizo de niño de llevarla a Elysium y le pide que diga a Matilda que le encantó su cuento y que entiende por qué el hipopótamo ayudó al suricato.
Tras despedirse, Spider comienza la descarga del programa de su cerebro mientras fuera Patel, el presidente, y algunos agentes de la CCB tratan de acceder a la sala en que están y evitar dicha descarga, que empieza a realizarse, recordando Max durante sus últimos instantes de vida su niñez.
Patel y sus hombres consiguen entrar finalmente y detienen a Spider, aunque no consiguen evitar que el programa acabe de descargarse, produciéndose un apagón en Elysium, tras lo que se reinicia su sistema, reconociendo sus computadoras la existencia de nuevos ciudadanos en Elysium, entre los que está Matilda, que gracias a ello ve cómo la plataforma médica, tras detectar su enfermedad procede a reatomizarla y a curarla.
Varios androide lelgan a la sala de control, ordenándoles Patel que arresten a Spider, respondiendo estos que no pueden arrestar a un ciudadano de Elysium.
El sistema detecta los datos de todos los nuevos ciudadanos necesitados de cuidados médicos y envía los transbordadores necesarios para llevarlos hasta Elysium.
