故事发生于《复仇者联盟4：终局之战》之后，“蚁人”斯科特·朗（保罗·路德 饰）和“黄蜂女”霍普·凡·戴恩（伊万杰琳·莉莉 饰）成了拯救世界的英雄人物，皮姆博士与久违归来的珍妮特也享受着平静的半退休生活，然而因为意外他们和斯科特的女儿凯茜（凯瑟琳·纽顿 饰）一起误入量子领域，在这个充满危险的未知世界遭遇了漫威电影宇宙最强反派——征服者康（乔纳森·梅杰斯 饰），开始了一场超越他们想象极限的冒险。

破获接手的第一起案件后，伊诺拉·福尔摩斯（米莉·波比·布朗饰）追随著名的哥哥夏洛克（亨利·卡维尔饰）的脚步，开办了自己的侦探事务所。一个身无分文的不幸女孩为她带来了第一单生意：寻找失踪的妹妹。但事实证明，这个案子比想象的要复杂得多，因为诺拉即将踏入一个危险的新世界。