1967年，在非洲的扎伊尔莫他巴河谷，美国的雇佣军兵营中被一种突如其来的疾病肆虐，死亡人数不断攀升。军医抽取感染血样离开后，整个军营被炸弹摧毁，附近树林中的白脸猴发出阵阵惊叫声……直到90年代，一个美国年轻人在非洲扎伊尔捕捉到一只小白脸猴，并带回国出售。由于不合买主要求，年轻人将猴子放生，之后一种新型疾病在旧金山的香柏溪镇上蔓延。美国传染病研究所上校军医山姆（达斯汀·霍夫曼DustinHoffman饰）接到消息，与妻子（蕾妮·罗素ReneRusso饰）及同事立刻展开研究和救治工作。由于疾病传染性极高，政府紧急出动军队封锁镇子，想要逃离者格杀勿论。此时，有一批保密的染毒血清被送来，但山姆等一群人研究发现，这批血清能救治1967年的疾病，却对如今变异后的病毒毫无作用。不久，山姆的妻子不幸被感染，生命垂危中时，政府也作出决定，准备投放炸弹摧毁整个镇子，以此消灭病毒。时间迫在眉睫，山姆查出了病毒的来源，他必须抢在投弹前找到原始病毒携带者。
对人类在地球上继续占据主导地位的最大威胁是病毒。
— Joshua Lederberg博士，诺贝尔奖获得者，电影简介：爆发(1995)
1967 年斯坦利维尔叛乱期间，在非洲丛林中发现了一种名为 Motaba 的病毒，该病毒会引起致命的发烧。为了保守病毒的秘密，美国陆军军官唐纳德·麦克林托克和威廉·福特摧毁了士兵被感染的营地。
二十八年后，美国医疗卫生研究院病毒学家萨姆·丹尼尔斯上校被派去调查扎伊尔的疫情爆发。他和他的船员——凯西·舒勒中校和新兵索尔特少校——收集信息并返回美国。福特现在是一名准将，也是丹尼尔斯的上级军官，他驳斥了丹尼尔斯对病毒传播的担忧。
一只携带该病毒的白头卷尾猴被走私进入该国。詹姆斯·“金博”·斯科特是一家动物测试实验室的工作人员，他在偷走猴子并在黑市上出售时被感染。金博把猴子带到鲁迪·阿尔瓦雷斯那里，他是加州沿海村庄雪松溪的宠物店老板。猴子抓伤鲁迪后，他没能卖掉，而鲁迪也被感染了。将这只猴子释放到附近帕利塞兹社区外的树林后，他在飞往波士顿的航班上出现了症状，并在机场感染了他的女朋友爱丽丝。他们的病情由疾病预防控制中心罗伯塔·基奥博士进行调查科学家，丹尼尔斯的前妻。金博、爱丽丝和鲁迪死亡，但基奥确定波士顿没有其他人受到感染。
雪松溪的一名医院技术人员因不小心打破了鲁迪血液的小瓶而受到感染。这种病毒很快变异成一种能够像流感一样传播的毒株，通过空气传播，导致电影院中的许多人被感染。丹尼尔斯不顾福特的命令飞往雪松溪，加入了基奥与舒勒和索尔特的团队。当他们开始寻找猴子时，军队隔离了该镇并实施戒严。舒勒的防护服撕裂，基奥在治疗他时不小心用受污染的针头扎到了自己，舒勒因此受到感染。
当福特提供了一种可以治愈原始病毒株的实验血清时，丹尼尔斯意识到他的上级在病毒爆发之前就已经了解了这种病毒。丹尼尔斯了解到“一网打尽”行动，这是一项军方控制病毒的计划，通过轰炸雪松溪，焚烧整个城镇及其居民，表面上是为了防止莫塔巴蔓延到流行病的程度。然而，现为少将的麦克林托克计划利用这次行动隐瞒变异病毒的存在，以便保留原始毒株用作生物武器。
为了阻止丹尼尔斯找到治疗方法，麦克林托克下令以携带病毒为由逮捕他。丹尼尔斯在和索尔特驾驶直升机前往载有猴子的海上船只之前逃脱了。丹尼尔斯获得了猴子的照片并将其发布给媒体；帕利塞兹居民杰弗里斯夫人意识到她的女儿凯特一直在和这只猴子（她给它命名为贝特西）玩耍，于是给疾病预防控制中心打电话。丹尼尔斯和索尔特抵达杰弗里斯家，在凯特将贝特西从附近树林里的藏身之处哄出来后，索尔特安抚了她。当福特从丹尼尔斯那里得知贝特西被捕后，他推迟了爆炸事件。
在回程途中，丹尼尔斯和索尔特被另一架直升机中的麦克林托克追赶。索尔特向树林发射了两枚火箭，让他误以为它们坠毁了。回到雪松溪后，索尔特将贝特西的抗体与福特的血清混合以产生抗血清；虽然舒勒死了，但他们救了基奥。麦克林托克返回基地并恢复“一网打尽”行动，拒绝听取福特的意见。丹尼尔斯和索尔特驾驶直升机直接进入轰炸机接近目标的路径。
在福特的帮助下，丹尼尔斯说服轰炸机的机组人员在水