Trama Il film è ambientato nel 2154, sul satellite di un gigantesco pianeta gassoso, nel sistema stellare Alpha Centauri. Questo mondo è chiamato Pandora ed è molto simile alla Terra per dimensioni e forme di vita. Una compagnia interplanetaria terrestre, la RDA, vuole conquistare questo pianeta per le sue ricchezze minerarie, soprattutto per un particolare minerale chiamato unobtanium, il cui valore di mercato è attorno ai 20 milioni al chilo. Questo minerale potrebbe risolvere i gravissimi problemi energetici che ormai assillano la Terra da parecchi decenni. Pandora è un mondo primordiale, ricoperto da foreste pluviali, con alberi alti fino a trecento metri e abitato da creature di tutti i tipi, tra cui degli umanoidi senzienti chiamati Na’vi, alti tre metri e ricoperti da una pelle blu striata come le tigri. L'aria su Pandora non è respirabile dagli umani (per esplorare liberamente il pianeta, i terrestri devono indossare delle speciali maschere filtranti), così gli scienziati della RDA hanno sviluppato geneticamente una sorta di ibrido tra umano e Na’vi, denominato "avatar". In questo modo, un essere umano può controllare un avatar collegandosi con un'interfaccia mentale: l'individuo, dopo essersi collegato con i suoi sensi nervosi, entra in una speciale capsula e in seguito cade in una sorta di coma; attraverso questo sistema riesce a utilizzare e controllare l'avatar come se fosse il suo corpo, immedesimandosi completamente con esso, e ritornando nel suo vero corpo solo quando l'avatar si addormenta. Jake Sully, ex marine divenuto invalido e fratello gemello di uno scienziato dell'RDA morto improvvisamente in una rapina, viene scelto al posto suo per una particolare missione: dato che la maggiore riserva di Unobtainium del pianeta si trova nel suolo su cui sorge il maggior insediamento dei Na’vi, Jake dovrà cercare di infiltrarsi tra loro usando l'avatar preparato con il genoma del fratello gemello, apprenderne usi e costumi, e cercare una soluzione diplomatica per farli spostare da quel luogo, prima che gli uomini debbano ricorrere alle armi. Con il passare del tempo, però, Jake diverrà sempre più empatico verso le cause di questo popolo, fortemente legato a Pandora e amante della natura. I Na'vi letteralmente sono in grado di interfacciarsi con ogni creatura del pianeta che è un essere senziente che conserva le anime di tutte le sue creature in una rete neurale planetaria costituita dalle radici intrecciate di tutte le sue piante. Jake alla fine si innamorerà di una ragazza Na’vi, Neytiri e sarà accolto dalla tribù come uno di loro. Jake conclude che i Na’vi non abbandoneranno mai la propria terra. La RDA decide quindi di intervenire militarmente mandando contro il villaggio una flottiglia di elicotteri armati di missili. Volendo salvare i Na’vi, Jake li avverte. Loro, capendo che li aveva traditi, gli intimano di andarsene per sempre; Jake però non si arrende e decide di riconquistarsi la fiducia del popolo catturando l'uccello più grande e forte di tutti i cieli, un'impresa considerata leggendaria e riuscita solo cinque volte nella storia dei Na'vi. Una volta arrivato e rientrato nel popolo fa appello e raduna tutti i clan di umanoidi per combattere insieme il nemico. Quindi Jake si avvicina all'albero più sacro della regione, si mette in contatto con lui e gli mostra cosa potrebbe succedere a Pandora se essa stessa, attraverso Eywa, non reagisce. Durante la battaglia di resistenza, i Na’vi subiscono molte vittime e stanno per soccombere, ma la natura stessa, per volere di Eywa, attraverso i suoi animali si ribella ai saccheggiatori terrestri e i Na’vi riescono a distruggere le forze militari. Più tardi raggiungono la base umana e obbligano tutti a lasciare il pianeta e a tornare sulla Terra. Il film termina con il compleanno di Jake che si trasferisce per sempre nel suo corpo avatar.