Demorou, mas o planeta Terra vai se vingar dos humanos. O Japão é atingido por uma tempestade que faz cair do céu pedras de gelo do tamanho de laranjas, e neva na Índia, onde uma conferência trata do meio ambiente. O climatologista Jack Hall (Dennis Quaid) tenta alertar chefes de Estado sobre uma catástrofe ambiental iminente, mas nem sempre é ouvido. O vice-presidente norte-americano, por exemplo, afirma que assinar o protocolo de Kyoto (que regula as emissões de dióxido de carbono no planeta) seria amarrar a economia de seu país - e ele prefere as verdinhas das notas de dólar ao verde das florestas.

Hall não está sozinho. O britânico Terry Rapson (Ian Holm) compartilha de suas crenças sobre o desastre climático, e os dois mantêm contato enquanto acontecimentos incomuns tomam conta do mundo e colocam em pânico a população: furacões, que só se formam sobre o mar, aparecem em terra firme; ondas gigantescas engolem prédios em Nova York; pessoas na Escócia simplesmente são congeladas vivas em segundos. É o aquecimento global provocando o resfriamento global, por mais irônico que isso possa parecer. Hall já havia previsto essa reviravolta, mas não imaginava que ela viria tão cedo e de forma tão brusca. O resultado pode ser uma nova era glacial no planeta. E o professor ainda tem um drama pessoal: o filho, Sam (Jake Gyllenhaal), está preso em Manhattan com colegas de escola.

O que faz de O Dia Depois de Amanhã um filme-catástrofe diferente de produções recentes do gênero é que este congelamento da Terra (ou de parte dela) é uma possibilidade, enquanto invasões alienígenas e impactos de meteoros são mais improváveis - e não dependem do comportamento humano, ao contrário do aquecimento global. A diferença é que, segundo os cientistas, o desenrolar desta eventual tragédia levaria anos e não semanas. O filme tem um discurso moralista às vezes, e os políticos norte-americanos, personificados no insensível vice-presidente, são os vilões da vez, como o são na vida real ao se recusarem a assinar o Protocolo de Kyoto. Agenda política à parte, os efeitos especiais são o trunfo do filme. Cenas como a devastação de Los Angeles e a inundação de Manhattan impressionam por seu realismo, e mostram que o diretor Roland Emmerich pode ser considerado um especialista no gênero.