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Der Astronaut Troy Holloway (Steven Ogg) erwacht an Bord einer Raumkapsel. Schnell weicht die anfängliche Orientierungslosigkeit blanker Panik: Er ist der einzige Überlebende, sein Schiff ist fast manövrierunfähig und rast unaufhaltsam auf die Sonne zu. Nur eine instabile Funkverbindung verschafft ihm Kontakt zu einem weit entfernten Rettungsteam, das von Commander Roberts (Alice Lowe) angeführt wird. Die Chancen, dass es rechtzeitig bei ihm eintrifft, sind jedoch verschwindend gering – wenn Holloway nicht bald etwas einfällt, wird er in dem riesigen Feuerball verglühen.
Ein riesiger Kubus, bis zum Rand gefüllt mit feindlichen Robotern, ist auf der Erde gelandet. Die Menschheit kann den technisch überlegenen Gegnern nichts entgegensetzen und wird kurzerhand weggesperrt. Jeder Mensch wird mit einem elektronischen Implantat versehen, das den Roboter-Patrouillen mitteilt, wenn jemand sein Haus verlässt. Nach einem kurzen Countdown wird der Freigänger bei lebendigem Leib verbrannt. Eine Gruppe Jugendlicher in einer Kleinstadt im von Robotern besetzten Großbritannien scheint die einzige Hoffnung der Menschen zu sein, sich der maschinellen Bedrohung zu widersetzen. Allen voran ein Teenager (Callan McAuliffe) bietet den Robotern mit seinen übernatürlichen Fähigkeiten die Stirn.
Der Film beginnt auf einer russischen Raumstation, wo ein Kosmonaut draußen arbeitet und Frank-Sinatra-Lieder auf Russisch singt. Ein Stück Weltraummüll trifft die Station, bringt sie außer Kontrolle und schleudert den Kosmonauten ins All. Doch Superman (Christopher Reeve) rettet die Situation, bringt die Raumstation zurück in ihre Umlaufbahn und birgt den Kosmonauten.
Fantastic Four 2015 ist keine Fortsetzung der alten Filme Fantastic Four und Fantastic Four: Rise of the Silver Surfer. Vielmehr wird mit diesem Film die Geschichte rund um die Fantastic Four von Marvel und 20th Century Fox neu gestartet.