1989年，神盾局科学顾问汉克·皮姆研究出一种能够让人体缩小到原子大小的“皮姆粒子”（Pym Particles），之后却发现霍华德·斯塔克等神盾局高层试图瞒着他大量生产粒子。

汉克为捍卫成果而辞去职务，发誓在有生之年一定会隐藏它。

今日，汉克已经退休，他疏远多时的女儿荷普·范戴茵突然回到他身边，表示汉克富有野心的前门生达伦·克罗斯已经霸占他一手创始的“皮姆科技企业”（Pym Technologies），并试图着手研发一种跟皮姆粒子类似的技术、包括配对战斗服“黄蜂战甲”。

得知此事的汉克开始紧张，认为此技术若将大量生产会引起轩然大波。

一位技术高超的窃盗犯斯科特·朗出狱后决定洗心革面，去拜访自己心爱的小女儿凯茜时，却被前妻玛姬和她的警察未婚夫吉姆·派斯顿以没交赡养费为由支出门外。

由于犯罪前科而难找工作，缺钱的斯科特只能回去找前狱友路易斯合作入室盗窃，去偷盗一栋屋主外出的大宅中的保险箱。

行动当晚，路易斯的同伙戴夫和寇特切断街区警报后，斯科特单靠眼前的工具就进入房子地下室，以冷却金属炸开保险箱后，却发现里面除了一套类似摩托服的衣

服以外空无一物。斯科特沮丧地回去，但经不起好奇而穿上衣服后，突然被服装缩至蚂蚁大小。

斯科特恢复后在第一时间将服装还回去，但在出去时不慎被警察捕获。关押期间，房子的屋主汉克拜访斯科特，并给他一个逃出监狱的机会，用蚂蚁偷偷将缩小衣

偷运给他后，让他骑着一只木蚁逃出警局。

斯科特从汉克的家中醒来后，汉克解释是他设局让斯科特遛进来偷走服装，目的是测试斯科特的能力，让他有资格成为新一代“蚁人”，将达伦的黄蜂战甲偷出来。

为了回到女儿身边，斯科特开始与荷普进行严格训练，以缩小身躯穿钥匙孔、与自己的同伙蚂蚁们打好交道，但在训练时处处碰壁。

当荷普决定让自己身穿战服去完成任务，却被汉克大声拒绝。斯科特得知汉克的妻子珍妮特·范戴茵在多年前为了阻止一颗苏联核弹，被迫将她的身躯缩小至亚原子才制止危机；

汉克也警告斯科特万一乱动蚁人服的调节器也会遭受相同命运。

后来，斯科特开始集中精神通过种种项目，而最后阶段则是去霍华德·斯塔克名下的旧仓库去偷盗一个特殊零件，但众人未预料到仓库如今改建成“复仇者基地”。

斯科特还是决心完成任务，跳下去与看守的山姆·威尔森打一战后，成功拿到零件满载而归。

达伦通过夜以继日的研究成功制造出他的缩小技术，在皮姆科技大楼中举行一场揭幕仪式。由于大楼的保安程度升级，斯科特求助路易斯等人，受邀参加的汉克与荷普则是负责拖延时间。

斯科特伴随着蚂蚁大军从排水道进入大楼中，首先破坏大楼服务器并设备炸弹，在即将要偷到黄蜂战甲前却中计而被关在其中。

达伦将汉克和荷普劫持后，打算将战甲和粒子技术全数卖给前神盾局高官米契·卡森，如今成为九头蛇的代表人物。斯科特脱离险境的一瞬间，荷普击败所有九头蛇的人，但米契却拿走达伦留下的装有粒子的小瓶后走为上策。