绿巨人2讲述了科学家Bruce Banner（爱德华·诺顿 Edward Norton 饰）的逃亡生活。自从在高华大学发生变异后，那段经历和遭到军方追捕的噩梦便不断在他脑海中重现。此时，他身处巴西，一边努力控制体内因伽马辐射产生的异常，一边通过网络与纽约的“蓝先生”联系，寻求解决办法。
在一家汽水生产厂工作期间，Bruce意外割伤手指，血液滴入了汽水瓶中。那瓶汽水被运往美国后，他的行踪随之暴露。美国军方立即展开追捕，并找来求胜心切的英国霹雳将军Emil Blonsky（蒂姆·罗斯 Tim Roth 饰）协助行动。Bruce被逼入绝境后变身绿巨人，令Emil和其他军人震惊不已。为了亲手抓住Bruce，Emil主动提出注入能够引发基因变异的样本。
Bruce躲回美国后，与旧日恋人Betty Ross（丽芙·泰勒 Liv Tyler 饰）重逢。Betty不顾一切地站在他身边，并逐渐发现自己似乎拥有让Bruce体内绿巨人恢复平静的力量。与此同时，被胜负欲蒙蔽双眼的Emil不断挑衅，而美国军方也执意将Bruce体内的异能据为己用。在双方的野心推动下，一场无法避免的大战即将爆发。
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