Em 3028 d.C., a Terra é atacada por alienígenas de pura energia chamados Drej. Sua espaçonave utiliza o feixe de energia para destruir a Terra, enquanto centenas de veículos espaciais deixam o planeta com o último da humanidade sobre eles. A nave secreta Titan com o Professor Sam Tucker a bordo parte ao mesmo tempo, mas não com as outras naves. Uma das outras escapa do planeta, incluindo o filho de Sam Cale, que guarda um anel de seu pai.
Quinze anos depois, a Cale trabalha em uma estação de salvamento. Os seres humanos se tornaram pessoas à deriva no espaço sideral. Eles são constantemente tratados por outras raças. Um capitão humano chamado Joseph Korso e seu piloto Akima procuram o Cale. Eles lhe dizem que ele deve ajudá-los a encontrar o Titã. Dizem que a nave tem máquinas que irão criar uma nova Terra, a fim de salvar a humanidade. Os Drej querem encontrar o Titã para que eles possam destruí-lo. Com a ajuda de Korso, Cale descobre que o anel que seu pai lhe deu pode ajudá-lo a encontrar o Titã. Em pouco tempo, Cale e Akima descobrem que Korso está procurando o Titã a fim de entregá-lo ao Drej. Eles escapam dele, mas ficam presos em uma colônia de vagabundos. Cale e Akima reparam uma das naves espaciais naufragadas na colônia. Eles a usam para ir até onde o Titã foi escondido.
Dentro do Titan, Cale e Akima aprendem que o Professor Tucker tinha sido uma das principais pessoas que projetaram o ofício. Os projetistas sentiram que a destruição da Terra iria acontecer. Por causa disso, eles deram ao Titã a capacidade de criar um novo planeta. Eles o carregaram com o DNA de cada planta e animal vivo da Terra para que pudessem repovoar o novo mundo. No entanto, a nave perdeu a energia e não pode recriar o planeta. Korso encontra e embarca no Titã. Ele ataca Cale e Akima, mas um de seus homens o ataca. Korso mata o homem quebrando seu pescoço e depois luta com Cale. Durante a luta, Korso cai sobre um gradeamento. Cale tenta salvá-lo, mas Korso escorrega das garras de Cale e cai até sua morte aparente. Akima, Cale e outros do navio de Korso trabalham juntos para defender o Titã contra o ataque de Drej. Cale pensa que a energia que compõe o Drej e suas embarcações pode ser usada para alimentar os sistemas do Titã. Korso aparece novamente, mas se sacrifica para reparar um disjuntor, assim como a nave de Drej dispara um feixe de energia no Titan. Usando a potência do feixe, o Titã energiza e toma toda a energia do Drej. Os Drej são destruídos enquanto a nave cria um novo planeta. O filme termina com Akima e Cale de pé em seu novo mundo. Akima quer chamar o planeta de "Nova Terra", enquanto Cale quer chamá-lo de "Bob" e todos os humanos que vêm para o planeta chamá-lo de "Nova Terra [Planeta Bob]".