Genç ve yetenekli teknoloji dehası Ezekiel Stane, Demir Adam'ın bile geride kalabileceği bir teknolojiye imza atmıştır. O, organik bileşenlerle harmanlanmış, üstün yeteneklere sahip yeni bir zırh geliştirmiştir. Bu arada Tony Stark'ın, en son teknolojiyle donatılmış yeni uydusunu fırlatması sırasında gerçekleşen bir terörist saldırı herkesi şaşkına çevirir. Saldırıdan Demir Adam sorumlu tutulunca, olaylar karışır. Tony Stark, yani Demir Adam, kendini birden S.H.I.E.L.D. ajanlarının kovalamacasında bulur ve masumiyetini kanıtlama çabası içine girer.

Saldırının gerçek failini bulmak için büyük bir mücadeleye girişen Demir Adam, gizemli düşmanı Ezekiel Stane'in saldırılarını püskürtmeye çalışırken, bu süreçte en yakın dostu Savaş Makinesi Albay James Rhodes da dahil birçok masum kişinin hayatını kaybetmesine engel olamaz. Bu kahramanca çaba sırasında S.H.I.E.L.D. tarafından sorgulanmak üzere gözaltına alınan Demir Adam, kaçmayı başararak asıl suçlunun peşine düşer.

Bu zorlu süreçte Demir Adam, Karadul ve Şahingöz gibi S.H.I.E.L.D. ajanlarının gözetimi altındayken, beklenmedik bir destekçi ortaya çıkar: merhametsiz intikamcı Cezalandırıcı. Cezalandırıcı'nın yardımıyla Demir Adam, Stane'in peşine düşer ve onun yarattığı, tüm gezegeni tehdit edebilecek biyoteknolojik bir silah olan Technovore ile yüzleşmek zorunda kalır. Technovore, kendini yenileyebilen ve kontrol edilemeyen bir tehlike yaratmıştır ve Demir Adam bu yeni düşmanı durdurabilecek mi, yoksa bu muazzam güç karşısında yenik mi düşecek?
Heyecan dolu macera, teknoloji ve dostluk üzerine kurulu bir film.