Найдено чудотворное лекарство от рака. Спустя три года Нью-Йорк опустел и по улицам бродят дикие животные. Лекарство от рака оказалось вирусом, впоследствии вышедшим из под контроля.

Роберт Невилл — подполковник медицинской службы американской армии, живёт в постапокалиптическом Нью-Йорке, занимаясь патрулированием улиц города, собиранием припасов из пустых зданий, охотой на оленей, огородничеством и медицинскими экспериментами. Он, по всей видимости, единственный выживший человек в Нью-Йорке. Попытки найти других выживших с помощью радио — безуспешны. Он окружен зараженными нелюдями, которые ведут ночной образ жизни из-за болезненной чувствительности к солнечному свету — они гибнут при облучении ультрафиолетом. Его единственным партнером является овчарка по имени Сэм (Саманта). Он дисциплинирован, занимается спортом и считает, что он обязан выжить и найти лекарство от вируса, уничтожившего человечество. Однако жизнь его очень одинока. Для того, чтобы не сойти с ума, он, то ли в шутку, то ли уже всерьёз, разговаривает с манекенами в магазине и со своей собакой. Он также записывает себя на пленку, разъясняя свои эксперименты, которые сводятся к заражению пойманных нелюдей сывороткой, сделанной из своей крови, результаты которых всегда смертельны для нелюдей. Несмотря на это, он не отчаивается и обнаруживает, что его сыворотка все же оказывает положительный эффект на одну из лабораторных крыс.

На съемочной площадке. Дом Нэвилла.
Однажды он натыкается на «улей» нелюдей, живущих во мраке, после того, как его собака забегает в бывший банк, гонясь за оленем. Вскоре после этого Невилл решает проверить новую сыворотку на «зомби» и возвращается к обнаруженному «улью» для поимки зараженного. Однако, поймав нелюдя силком, он видит, что один из нелюдей в армейской куртке выходит из здания, злобно ревя, получая при этом сильнейшие солнечные ожоги, что Невилл рассматривает как свидетельство дальнейшего уменьшения умственных способностей зараженных. Однако он оказывается не прав, потому что на следующий день он обнаруживает, что нелюди установили капкан для него, используя одного из его «друзей»-манекенов в качестве приманки: во время поездки по городу он замечает, что один из установленных им манекенов стоит не там, где он его оставил. Невилл пытает заговорить со своим «приятелем»-манекеном, и выяснить почему тот изменил свое местоположение, но, как и следовало ожидать, манекен ничего ему не ответил. Тогда Невилл начинает стрелять из автомата в манекена и по стеклам окружающих его зданий. Немного успокоившись, он подходит к манекену и не замечает ловушки, установленной вожаком группы нелюдей. В результате Невилл оказывается пойман, долго висит вниз головой, потеряв сознание. Через некоторое время учёный приходит в себя, ему удаётся спастись из петли, обрезав её ножом, но при падении нож вонзается ему в бедро и он становится обездвиженным. Спустя минуту после падения Невилл видит в тёмной дыре здания облик мутанта, он старается изо всех сил добраться до автомобиля. Но грядёт закат, зомби натравливает на него своих собак и те (поскольку собаки также как и люди подвержены заболеванию), с последними лучами солнца, незамедлительно бросаются на ученого и его питомца. В ходе битвы Невилл убивает монстров, но его единственный друг — собака — заражается вирусом. Собака Невилла становится «зомби», но Роберт, в надежде спасти её, вводит ей сыворотку, ту самую, которая подействовала на крысу, но она не действует: сыворотка была введена слишком поздно. Сэм пытается напасть на него, что вынуждает Невилла задушить её, тем самым он лишает себя единственного друга. После этого Невилл, по всей видимости, решает свести счёты с жизнью. Вернувшись ночью на пристань, где он обычно ждал людей, в случае, если они живы и пришли туда, и, сделав там засаду, он, вопя «СДОХНИТЕ!!!», начинает давить тварей своей машиной. Однако нелюди оказываются хитрее, чем он думал, и под командованием их предводителя опрокидывают машину, и Невилл оказывается один на один со своим врагом. Однако в последний момент зомби бегут, спасаясь от света прожектора, и кто-то спасает Невилла, вытащив его из разбитой машины. Находясь в полубессознательном состоянии, Невилл объясняет спасшей его женщине, что она должна ездить на машине по городу до восхода солнца и только после этого привезти его домой, поскольку нелюди не должны знать, где он живёт.

Придя в себя, Невилл обнаруживает, что его спасла женщина по имени Анна, которая вместе со своим ребёнком Итаном направлялась в колонию выживших. По всей видимости, Невилл сомневается, что она говорит правду, поэтому он кричит на неё и говорит, что «все мертвы, все, кого мы знали — все мертвы!». Анна, однако, убеждает его, что он неправ, и что завтра они вместе могут поехать в колонию в Вермонте. Невилл все же сомневается в том, что она права, так как он говорит ей, что он должен остаться в городе и найти лекарство от болезни. Он показывает ей свою лабораторию, где он держит пойманную им заражённую женщину, которую он называет «оно», а не «она». В так называемой режиссёрской версии фильма с альтернативной концовкой доктор показывает Анне ловушку, в которую попался. Также он отвозит Анну с ребёнком в здание, куда он ходил ловить рыб. В результате сложившихся обстоятельств к нему приходит идея применить холод для использования сыворотки. Наступает ночь, и Невилл в ужасе обнаруживает, что Анна поспешила и привезла его домой ещё в темноте, и преследовавшая машину группа зараженных все же нашла его дом, и что оборонительные сооружения, на которые он полагался, оказываются неэффективными. Спасаясь в лаборатории, Невилл обнаруживает, что зараженная пленница положительно реагирует на новую сыворотку. Дав Анне ампулу с сывороткой, Невилл дает ей возможность спрятаться в старой каминной трубе, подрывая себя гранатой вместе с окружившими его зомби.

Существует две версии концовки фильма:

К своему удивлению, Невилл видит, что последний вариант вакцины действует — женщина вылечена. Он берёт у вылеченной женщины кровь и передаёт её Анне, затем помогает Анне и Итану спрятаться в старой каминной трубе и бросается на прорвавшихся заражённых с гранатой, жертвуя собой ради Анны, Итана и остального человечества. Анна с Итаном добирается до Вермонта и обнаруживают обнесённую стеной колонию незаражённых людей, и она передаёт им лекарство. В своём монологе она утверждает, что лекарство Невилла позволит человечеству выжить, сделав его (Невилла) легендой.
Доктор видит бабочку на стекле и, так как до этого он видел татуировку на плече зараженной, до него доходит смысл преследования его нелюдями. Невилл открывает дверь и отдаёт предводителю зараженную пленную, которая, судя по всему, была «самкой» альфа-самца. Последние не трогают их, после чего Невилл, Анна и Итан покидают на машине заражённый город.