故事從地球開始，傑克·薩利（Jake Sully，薩姆·沃辛頓飾）是一個雙腿癱瘓的水兵，他覺得沒有任何東西值得他去戰鬥，因此他對被派遣去潘多拉星球的採礦公司工作欣然接受。
這個星球上有一種別的地方都沒有的礦物元素“unobtanium”，能夠吸引人類不遠萬里來到這裡拓荒的原因就是它“unobtanium”將徹底改變人類的能源產業。但是問題是，資源豐富的潘多拉星球並不適合人類生活，這裡的空氣對人類致命，本土的動植物都是兇猛的掠食者，極度危險。這裡的環境也造就了與人類不同的種族：10英尺高（約3米左右）的藍色類人生物“Na'vi族”。 Na'vi族不滿人類拓荒者的到來，也不喜歡人類的機器在這個星球的土地上因為到處挖礦而留下的斑斑傷痕。
      由於潘多拉星球環境嚴酷，人類傳統的宇航服、機甲都不足以保護礦工，於是科學家們轉向了克隆技術：他們將人類DNA和Na'vi人的DNA結合在一起，製造了一個克隆Na 'vi人，這個克隆Na'vi人可以讓人類的意識進駐其中，成為人類在這個星球上自由活動的“化身”。然而並不是任何人都可以操縱這個克隆Na'vi人，只有DNA與他身上人類DNA配型相符的人才有這樣的能力。
傑克·薩利的雙胞胎哥哥是這個克隆Na'vi的人類DNA捐獻者，他就可以操縱這個克隆Na'vi人，然而他被殺死了，採礦的公司為了不讓砸下去的錢白砸（克隆Na'vi人價格不菲），必須找到一個可以代替他操縱克隆Na'vi的人，這個人的DNA還必須和其配型相符，於是他們自然就找到了傑克·薩利，傑克·薩利對此很高興，因為那意味著他又能走路了。
幾年後，傑克·薩利到了潘多拉星球，他發現這裡的美景簡直無法用語言來形容，高達900英尺的參天巨樹、星羅棋布飄浮在空中的群山、色彩斑斕充滿奇特植物的茂密雨林、晚上各種動植物還會發出光。就如同夢中的奇幻花園。不過很快他就體驗到了這裡的危險，一頭毒狼（潘多拉星球一種本土生物）與他狹路相逢，在逃命過程中傑克與隊友失去了聯繫，在晚上的時候又被一群土狼襲擊，傑克奮起戰鬥，在整個戰鬥的過程中傑克寡不敵眾危在旦夕，危急關頭中一支箭射死了毒狼，傑克得救了。救他的是Na'vi族的一個女孩（佐伊·索爾達娜飾），傑克從她口中了解到了更多潘多拉星球的知識。 
      Na'vi族人一直以來都與潘多拉星球的其他物種和諧相處，過著一種簡樸天然的生活，傑克在和這個Na'vi女孩的相處過程中逐漸轉變了對人類來這裡採礦的看法，他意識到他已經找到值得為之戰鬥的東西了。
不過傑克·薩利如果要加入Na'vi族人對抗人類入侵者的戰爭，要付出很大的代價：他不能永遠呆在“化身”中，當“化身”——克隆Na'vi人睡覺時，他就會回到自己半身不遂的人類身體中，只有通過專門的連接設備才能重新回到“化身”中。一旦與自己的同胞為敵，他就失去了與“化身”結合的可能，只能困在殘疾的身體裡，並失去那個他越來越喜歡的Na'vi女孩。 
      最後，人類在利益的驅動下，派遣了戰機去摧毀Na'vi族人所生存的一個巨樹，儘管傑克等人一再爭取希望可以不要那麼做，但是採礦公司還是決意要去摧毀。傑克與他們協商自己去和Na'vi族人協商讓Na'vi族人離開那顆大樹，然而當他說明了一切之後，Na'vi族人都很憤怒，特別是傑克喜歡的那個Na'vi族人女孩也是很憤怒，Na'vi族人就把傑克和一名女教授一起捆在了刑架上了，採礦公司派遣的戰機發現他們協商失敗了。於是就下令開火，摧毀了他們前進的障礙——Na'vi族人賴以生存的那棵巨樹，Na'vi族人的領袖也被炮火炸死。
沒有了生存之地的Na'vi族人被迫暫居神樹之下。而傑克等人的正義行為因為和採礦公司的利益相衝，被他們關了起來。後來，他們藉機駕機逃跑了，傑克騎著圖騰龍到達了Na'vi族人暫居的神樹下，呼籲Na'vi族人作出反抗，他終於又得到Na'vi族人的信任。在他的呼籲下，他們聯絡了潘多拉星球上了其他民族的人，一起組建了一支幾千人的反抗軍，形成了陸空兩路的防線。採礦公司的軍隊也發現了Na'vi族人的反抗跡象，他們迅速裝填了大量的高烈性炸藥，準備提前消滅Na'vi族人。 。 。於是，Na'vi族人的反抗聯盟和採礦公司的軍隊展開了血戰，結果，Na'vi族人反抗軍最終打敗了人類，而人類的軍隊指揮也被殺死，Na'vi族人在傑克的幫助下，將遣送採礦公司全部離開潘多拉星球。在Na'vi的精神領袖的帶領下，Na'vi族人用自己的感受器（辮子）與神樹相連，借助神樹的力量，將傑克·薩利的精神（靈魂）轉移到他的阿凡達身上，傑克成為這個星上Na'vi人的領袖。故事到這裡就結束了。　 
      自1997年《泰坦尼克號》在全球大熱之後，導演詹姆斯·卡梅隆的下一部電影令影迷等得幾乎望眼欲穿。對此，詹姆斯·卡梅隆表示：《阿凡達》能夠最終拍出來，是一次奇蹟。這是一部科幻電影，是我喜歡的東西，科幻電影要表現的是我們現在無法接觸到的事物，這是一種預言，它會讓你反思我們現在在做的一切，將來會發生什麼樣的後果？這就是我拍《阿凡達》的初衷之一，我對現在人類對大自然所做的一切感到深深的憂慮，我想將來也許會受到大自然的報復。卡梅隆這部歷時十餘年打造的史詩鉅作呈現了獨一無二的宏偉場面，壯觀的視野，激動人心的敘事以及回歸自然的主題。