● 奧斯卡金像獎最佳藝術指導/最佳攝影/最佳視覺效果 ● ● 英國電影學院獎最佳藝術設計/最佳視覺效果 ●
● 金球獎最佳導演/最佳戲劇類影片 ●
故事發生在2154年的潘朵拉星上。潘朵拉星是南門二恆星系波呂斐莫斯行星(Polyphemus)的一顆類地衛星,星球上生物繁茂。RDA公司(Resources Development Administration)正在星球上開採名為難得素的珍稀礦產。派克塞弗裏奇主管RDA殖民地的採礦作業。RDA殖民地有著自己的私人保安部隊「Sec-Ops」。潘朵拉星的大氣對地球人類是有毒,迫使地球人類必須使用呼吸面具。
潘朵拉星球上的居民納美人是具有智力的類人種族,有著10尺長的尾巴和藍色的皮膚;他們與自然和諧共處,崇拜大地之母伊娃(Eywa)。為了改善和納美人的關係,並對潘朵拉星的生物圈加以研究,科學家們培養了納美-人類混血的「阿凡達」,他們可以通過心靈連接而受基因匹配的人類控制。前海軍陸戰隊隊員傑克蘇里的雙胞胎兄弟是一名科學家,曾接受過作為阿凡達控制者的訓練,但卻在一次商業迫害的搶劫中被殺害。於是,下身截癱的蘇里就接替了其雙胞胎弟弟的工作。阿凡達計劃的領導者葛蕾絲奧古斯汀博士認為蘇里並不能勝任他弟弟的工作,因此為他安排了一名保鏢。
當處於阿凡達形態的葛蕾絲、人類學家諾姆斯貝爾曼和傑克正在山姆林中收集生物樣本並記錄數據時,一隻閃雷獸(thanator)襲擊了他們,導致傑克與隊伍走散。女納美人奈蒂莉救出了迷失在山姆林裡的傑克,並把他帶回了她的部族——奧馬地卡雅族(Omaticaya)——的居住地家園樹(Hometree)。奈蒂莉的母親莫亞莫亞是部族的精神領袖,她對這名「夢行的戰士」(warrior dreamwalker)很感興趣,並指示她的女兒要將納美人的生活方式傳授給傑克。
Sec-Ops的領導者邁爾斯柯邁斯上校向傑克許諾說,如果傑克能提供可迫使納美人與其合作的情報,他的截癱就能得到恢復性的治療。隨著傑克開始向柯邁斯提供情報,葛蕾絲也越來越對其感到懷疑,最後她決定將自己、傑克和諾姆三人,轉移到具備阿凡達連接單元的偏遠基地去。在三個月裡,傑克與奈蒂莉和奧馬地卡雅族人愈加親近,並最終拒絕了柯邁斯和RDA的要求。當奧馬地卡雅族接受傑克成為其中一員後,他和奈蒂莉互相選擇對方作為自己的伴侶。當一台推土機剷平了聲音樹(Tree of Voices)後,傑克破壞了它:這顯示出他效忠對象的改變。柯邁斯給塞爾弗裡奇播放了傑克的影像日記,傑克在影像中說到,奧馬地卡雅族絕對不會放棄家園樹。於是,塞爾弗裡奇下令摧毀家園樹。
儘管葛蕾絲竭力主張說,摧毀家園樹會影響潘朵拉星球有機體賴以連接的神經網路,但塞爾弗裡奇只給了傑克和葛蕾絲一小時去勸納美人離開家園樹。傑克向奧馬地卡雅族人披露了他的最初任務,奈蒂莉認為傑克出賣了他們。傑克和葛蕾絲的阿凡達因而被俘。柯邁斯的軍隊摧毀了家園樹,殺死了包括奈蒂莉的父親異屠客酋長在內的許多奧馬地卡雅族人。在基地,傑克、葛蕾絲和諾姆因背叛RDA公司而受囚禁。對柯邁斯的戰爭手段感到厭惡的保安部隊飛行員楚蒂·查肯將他們劫出,把他們帶到前哨站,並協助其轉移。但在逃離過程中,葛蕾絲被誇里奇擊中,嚴重負傷。
為了重獲奧馬地卡雅族人的信任,傑克制服了一隻迅雷翼獸(Leonopteryx):歷史上只有五名納美人馴服過這種強大的空中捕食者。傑克在神聖的靈魂之樹(Tree of Souls)下找到了奧馬地卡雅族人,並求得莫亞幫助治癒葛蕾絲。在靈魂之樹的幫助下,族人們試圖將葛蕾絲從其奄奄一息的人類軀體中轉移到她毫無意識的阿凡達身上,但因其傷勢過重,葛蕾絲未能堅持完轉換。莫亞隨後宣佈說:「她現在和伊娃在一起了。」
在奈蒂莉和奧馬地卡雅族新領袖楚泰的協助下,傑克從眾多納美部族裡集結了數以千計的戰士,希望藉此擊退人類。通過和靈魂之樹的神經連接,傑克向伊娃祈求,希望她能在即將到來的戰鬥中幫助納美人。柯邁斯提到了納美人正在集結軍隊,說服塞爾弗裡奇批准對靈魂之樹展開先發制人的打擊。他希望通過毀滅納美人的宗教和文化中心來迫使他們歸順。
隨著保安部隊開始攻擊,納美人也展開了反擊,但人員傷亡甚重,楚泰和楚蒂都不幸遇難。然而,形勢卻突然逆轉,潘朵拉星上的野生動物們開始進攻保安部隊,奈蒂莉高興的說伊娃回應了傑克的祈求。傑克在轟炸機抵達靈魂之樹前摧毀了它。柯邁斯找到了連接傑克人類軀體和阿凡達的節點,並對其展開攻擊,令傑克暴露在潘朵拉星的大氣中。奈蒂莉殺死了柯邁斯,救出了傑克。隨著攻擊的結束,傑克和奈蒂莉的愛情得以恢復,而奈蒂莉也第一次見到了傑克的地球人類軀體。
塞爾弗裡奇和剩餘的公司職員被驅逐出了潘朵拉星,但傑克、諾姆和其他科學家則被准許留下。傑克戴上了奧馬地卡雅族領袖的徽章。部族展開了宗教儀式,將傑克從其人類軀體中永久地轉移到他的阿凡達身上。