Der Film spielt im Jahr 2415. Der Großteil der Menschheit wurde im Jahr 2011 von einer heimtückischen Seuche getötet.
Die fünf Millionen Überlebenden verbringen ihr Leben in der letzten verbliebenen, von einer Mauer umgebenen Stadt Bregna, die von einem Rat von Wissenschaftlern kontrolliert und regiert wird.
Æon Flux, Agentin der Untergrundbewegung „Die Monicans“, die das unerklärbare Verschwinden von Menschen nicht länger hinnehmen will, soll den Regierungschef Trevor Goodchild töten. Noch vor Ausführung der Tat entdeckt sie, dass nicht alles so ist, wie es scheint.
Plötzlich steht sie zwischen den Fronten und entdeckt, dass sie den Auftrag nicht mehr zu Ende führen kann, ohne großen Schaden zu verursachen. Auch hat sie plötzlich starke Gefühle für Trevor und eine ihr unerklärliche Erinnerung an ihn, was die Situation weiter verkompliziert.
Von Trevor erfährt sie, was die Bürger nicht wissen: Als Nebeneffekt des Heilmittels gegen die Seuche sind die Überlebenden unfruchtbar geworden.
Stirbt jetzt ein Mitglied der Gesellschaft, wird es geklont und einem geeignet erscheinenden Paar als natürlich entstandene Schwangerschaft verkauft.