가족여행을 하기로 했지만 강력반 경찰인 인호는 이번에도 약속을 지킬 수 없다. 그에 화가난 인호부인은 곰국을 가득 끓여놓고 친구들과 하와이 호놀룰루로 향한다. 조금은 미안한 마음으로 경찰서로 출근한 인호는 때마침 접수된 비행기 테러 신고가 마음에 걸려 신고한 강남 재개발지역의 아이들을 만나고, 테러범으로 예상되는 범인의 집으로 잠입했다가 그곳에서 화학물질에 노출되어 사망한 시신을 발견한다. 유튜브에 떠도는 동영상이 실제 발생할 수 있다는 사실을 인지하게 된 인호는 공항으로 향한다.

 재혁(이병헌)은 예전에 기장이었으나 불의의 사고로 기장을 관두고 하와이에 경비행기 교육장에 자리가 났다고 하여 취업겸 딸의 아토피 치료를 위해 하와이행을 택하게 된다. 공항여자화장실이 만실이라 남자화장실에 혼자 갔던 딸은 진석(임시완)이 겨드랑이를 찢고 약품을 숨기는 것을 목격하고 머뭇거리지만 재혁이 와서 딸과 함께 밖으로 나간다. 자신을 목격한 듯한 아이가 마음에 걸리는 진석은 재혁네 가족이 하와이에 간다는 사실을 인지하고 본인도 하와이행 비행기에 탑승한다.
   비행기를 탑승한 진석은 기내 화장실에 들어가서 겨드랑이에 숨겨 반입했던 화학물질을 꺼내 세면대 등 화장실에 도포하고 나오다가 진석을 딸을 또 만나게 되자 아이에게 귓속말로 “여기에 있는 사람들이 모두 죽었으면 좋겠다”고 이야기한다. 재혁은 기내 사무장에게 이 사실을 말하며 테러의 위험성을 알리나 진석의 명함을 확인한 바 학회 일정으로 하와이를 방문하는 박사라는 이유로 무마된다. 그때 마침 일등석에 한 손님이 그 화장실에 들어가서 볼일을 보고, 결국 화학물질에 노출되어 안구까지 파열되며 사망하게 된다. 

 기내에는 순간 아수라장이 되고 기내 승객 등이 진석을 잡으려고 하자 진석은 준비해왔던 천식 도구를 통해 기내 여기저기에 화학물질을 도포해 버린다. 화장실을 살펴본 승무원은 기장의 식사를 준비하게 되고 이 음식을 먹은 기장 또한 사망하게 된다. 진석을 잡아서 취조하는 중 진석마저 사망하니 해독제에 대한 희망은 사라지는 듯하다. 기장의 사망으로 수직하강을 하는 비행기를 부기장인 현수(김남길)가 다시 조정석 키를 잡으며 안정 궤도에 진입하게 된다. 

 국토교통부 장관인 숙희(전도연)는 컨퍼런스 연설 연습중 이 소식을 전해 듣고 긴급하게 관계자들을 소집하게 된다. 인호는 진석의 전 회사 외국계 제약회사를 탐문하던 중 회사 동료에게 중동에서 들여온 바이러스를 실험하던 중 두명이 사망하였고 한명은 항체를 가지고 살아있다는 사실을 알게 된다. 곧이어 항체를 구하려 하지만 회사는 압수수색 영장을 발부받아오라는 말로 저지한다. 국토교통부 장관도 가세를 하여 항체를 구하는데 성공한다.  
 하와이행 비행기는 승무원 승객포함 150명이 탑승하고 40명이 화학물질에 노출되어 사망하자 비상선언을 선포하고 미국령 가까운 공항으로 착륙하려고 하자 미국에서는 착륙을 불허한다. 장관은 국내로 회항을 명하고 국내로 돌아오려 하는데 현수마저 화학물질에 노출되고 만다. 현수와 부인의 사망사건으로 악연이었던 재혁이 비행기를 맡게 되고 국내에 돌아오는 중 일본의 나리타 공항에 착륙하려고 하나 이마저도 일본 자위대 전투기가 총을 쏘면서 불허하자 서울 공항으로 방향을 돌리게 된다. 

 국내도 비행기가 무사히 돌아왔으면 하는 가족들과는 달리 착륙을 반대하는 시위대로 인해국내 공항에도 착륙을 할 수 없자 비행기안의 모든 탑승객들은 대한민국의 시민들의 안전을 위해 모든 것을 포기하고 통신을 끊고 공중에 부유한다. 그 때 인호는 화학물질을 본인에게 투여하고 증명되지 않은 항체를 자신의 몸에다 실험하도록해 부인을 살리기 위해 최선을 다한다. 장관이 지켜보는 가운데 인호에게 투여된 항체가 긍정적으로 반응하자 그 사실을 알려 비행기를 무사히 국내에 착륙시킨다. 화학테러는 비상선언도 통용되지 않음에 가슴이 답답한 영화이긴했지만 하늘과 땅에서 고군분투하는 국민과 정부의 노력에 가슴이 먹먹하다가도 목숨위혐에 착륙을 반대하는 자, 살리고자 착륙를 찬성하는 자, 국민을 위한 정부 등  각자의 입장이 이해가 되기도했다. 결국 우리를 지키는 자는 국가인가? 국민인가?