En el territorio de Nuevo México de 1873, un hombre (Daniel Craig) se despierta herido en el desierto con un extraño brazalete de metal atado a su muñeca izquierda y sin memoria. Llega al pueblo de Absolution, donde el predicador Meacham (Clancy Brown) le cura la herida. El sheriff John Taggart (Keith Carradine) reconoce al desconocido como el forajido buscado Jake Lonergan e intenta detenerlo. Jake casi se escapa, pero una mujer llamada Ella Swenson (Olivia Wilde) interfiere. Taggart y sus hombres se preparan para transportar tanto a Jake como al petulante joven borracho Percy Dolarhyde (Paul Dano) a Santa Fe para ser juzgados.

El padre de Percy, el coronel Woodrow Dolarhyde (Harrison Ford), un despiadado barón del ganado, llega con hombres armados y exige la liberación de Percy. También quiere a Jake, que le ha robado oro. Durante el enfrentamiento, las naves alienígenas comienzan a atacar el pueblo. Percy, Taggart y otros habitantes del pueblo son secuestrados por cables de enganche disparados desde la parte inferior de las naves. El brazalete de Jake se activa inexplicablemente y se transforma en un arma; derriba una nave, poniendo fin al ataque.

Dolarhyde, Ella y otros habitantes del pueblo forman un grupo para seguir la pista a un alienígena herido que escapó de la nave derribada. Mientras tanto, Jake viaja a una cabaña abandonada y, en un flashback, recuerda que regresó a ella con el oro robado y que luego fue secuestrado, junto con una mujer llamada Alice, por los alienígenas. Al recuperar sus recuerdos, Jake se une a la partida. Al anochecer, encuentran un barco de vapor de ruedas de paletas volcado que, al parecer, los alienígenas arrojaron lejos de cualquier río grande. Durante la noche, el alienígena mata a Meacham, que se sacrifica para salvar a Emmett, el nieto de Taggart.

Por la mañana, la mayor parte de la cuadrilla ha desertado, y la antigua banda de Jake ataca al resto. Jake, que robó el botín de la banda después de su último atraco, intenta retomar el control pero es frustrado. Los alienígenas atacan de nuevo y secuestran a Ella. Jake salta a bordo de la nave y ataca al piloto alienígena, haciendo que la nave se estrelle en un río. El piloto sobrevive al accidente y ataca a Ella, hiriéndola de muerte, antes de que Jake lo mate con su pistola de muñeca.

El grupo restante es capturado por los nativos apaches chiricahuas, que les culpan de los ataques alienígenas. Después de que un guerrero chiricahua arroje el cadáver de Ella a una hoguera, ésta resucita y emerge del fuego. Ella revela ser de otra raza alienígena, que había viajado a la Tierra para ayudar a resistir a los invasores después de que éstos destruyeran su mundo natal. Los alienígenas -que están extrayendo oro y secuestrando gente para realizar experimentos con ellos- tienen un armamento superior y son mucho más fuertes y duraderos que los humanos; sólo el arma de muñeca de Jake o una bala bien dirigida de un rifle pueden matarlos de un solo disparo. Ella les dice que los anteriores atacantes sólo eran exploradores.

También afirma que Jake tiene el secreto del paradero de los alienígenas y argumenta que deben derrotar a los alienígenas antes de que los invasores exterminen toda la vida en la Tierra. Tras tomar la medicina ofrecida por el curandero de los apaches, Jake recupera la memoria. Recuerda haber visto cómo viviseccionaban y practicaban la eutanasia a Alice; él escapó robando el brazalete que cubría su muñeca. También recuerda la ubicación de la base de operaciones de los alienígenas: su nave nodriza aterrizada.

Con este conocimiento, planean atacar la base alienígena. Jake se marcha para convencer a su antigua banda de que se una a la lucha, mientras Dolarhyde toma el mando del grupo original y de los apaches. Después de que los grupos combinados maniobren a los alienígenas en una batalla terrestre, Jake y Ella abordan la nave y liberan a los cautivos, pero Jake es capturado. Dolarhyde lo rescata, y ambos hombres escapan de la nave después de matar al alienígena responsable de la muerte de Alice (identificado porque Jake dejó una cicatriz distintiva en su ojo en su huida original). La nave despega mientras los alienígenas restantes huyen de la Tierra, pero Ella se queda a bordo para acabar con la amenaza: se sacrifica entrando en el núcleo de la nave y convirtiendo el arma de muñeca de Jake en una bomba; ésta detona, destruyendo la nave.

Cuando los alienígenas desaparecen, los habitantes del pueblo rescatados comienzan a recordar su pasado. Jake, que sigue siendo un hombre buscado, opta por marcharse; el sheriff y Dolarhyde deciden afirmar que fue asesinado en la invasión. Los ciudadanos tienen la intención de reconstruir su pueblo con el oro tomado de los alienígenas.