L'évolution de la vie passerait par des périodes de mutation massives. L'humanité vit l'une de ces périodes. Ainsi, plusieurs humains mutants possèdent des pouvoirs prodigieux, ce que craint la population en général.

Devant ce fait, certains mutants se divisent en deux groupes. Ceux ayant à leur tête le professeur Charles Xavier, un puissant télépathe qui prône une collaboration avec les humains normaux, et ceux ayant à leur tête Erik Lensherr, plus communément appelé Magnéto, capable de créer de puissants champs magnétiques et prônant une attitude agressive envers les humains normaux, attitude probablement inspirée de son emprisonnement, lors de son enfance, dans un camp d'extermination nazi.

Xavier a fondé, au nord de Salem (Massachusetts), un institut qui entraîne de nombreux élèves comme Tornade, Jean Grey et Cyclope. Les membres de cet institut, les X-men, essaient de contrer les actions de Magnéto et de ses acolytes.

Une mutante, Malicia, dont les pouvoirs sont apparus à l'adolescence, peut absorber l'énergie vive d'une personne et s'approprier ses pouvoirs de façon temporaire ou définitive s'il s'agit d'un mutant. Faisant de l'auto-stop pour aller, probablement, en Alaska, elle rencontre, au Canada, Wolverine, un mutant aux capacités de regénération exceptionnelles. Ce dernier accepte de l'emmener dans son véhicule. Dent de Sabre, un mutant au service de Magnéto, les attaque, mais Malicia et Wolverine sont sauvés par Cyclope et Tornade. Ramenés à l'institut, Wolverine et le professeur Xavier concluent un pacte pour découvrir les intentions de Magnéto. Ce dernier kidnappe Malicia pour alimenter sa machine provoquant une mutation chez les êtres humains normaux. Les X-Men se rendent donc à la statue de la Liberté et sauvent Malicia de la mort. Après cette périlleuse mission, Wolverine décide de partir pour retrouver son passé et se dirige vers la base militaire de Alkali Lake...
La traduction française (québécoise) du film comporte une erreur. Au moment où Wolverine critique les habits de cuirs portés par les X-Men, Cyclope lui rétorque « Well, what would you prefer ? Yellow spandex ? » (qui pourrait se traduire par « Qu'aurais-tu préféré ? Des collants jaunes ? »). Ceci est une référence directe au costume de Wolverine dans les comics. Cette réplique peut-être interprétée comme une « réponse » du réalisateur aux critiques des fans concernant le non-respect des costumes originaux des X-Men dans le film. La traduction française québécoise fait dire à Cyclope « Qu'aurais-tu préféré ? Une salopette rose ? », ce qui ne fait aucune référence aux comics.

Cette erreur fut corrigée dans au moins une édition subséquente du film, où Cyclope réplique : « Qu'aurais-tu préféré ? Une combinaison jaune ? ».