Eric Kirby, de 12 años, y el novio de su madre, Ben Hildebrand, van a hacer parasailing sobre el océano cerca de Isla Sorna. La tripulación de la embarcación es asesinada por un atacante desconocido, lo que lleva a Ben a soltar el cabo antes de que la embarcación se estrelle. Eric y Ben van a la deriva hacia la isla.

Ocho semanas después, el paleontólogo Dr. Alan Grant ha hecho un nuevo descubrimiento sobre la inteligencia de los velociraptores, pero lucha por conseguir financiación para su investigación. Grant habla de su descubrimiento de una laringe resonante en los restos fósiles de un rapaz con su colega de siempre, Ellie. Esto, y su experiencia en Parque Jurásico, le lleva a creer que los velociraptores originales eran socialmente sofisticados. Su hipótesis es que si no se hubieran extinguido y hubieran seguido evolucionando, sus descendientes -en lugar de los humanos- se habrían convertido en la especie dominante de la Tierra. Su ayudante, Billy Brennan, utiliza una impresora tridimensional para replicar la laringe del velociraptor.

Paul y Amanda Kirby, una pareja aparentemente adinerada, ofrecen financiación para la investigación de Grant si éste les da una visita aérea a Isla Sorna. Grant acepta a regañadientes y vuela hasta allí con Paul, Amanda, Billy y los socios mercenarios de los Kirby, Udesky y Cooper, y su piloto Nash. Durante el vuelo, Grant se entera del plan de los Kirby de aterrizar en la isla; protesta, pero Cooper lo deja inconsciente.

Grant se despierta y descubre que han aterrizado. Un Spinosaurus se acerca al grupo, que sube al avión para escapar, dejando a Cooper atrás mientras intenta alcanzar el avión. El Spinosaurus emerge en la pista y devora a Cooper. El avión intenta despegar, pero choca con el Spinosaurus y el avión se estrella en el bosque. El animal destruye el avión y devora a Nash, que tenía en su poder el teléfono satélite de Paul. Los supervivientes huyen brevemente de él, pero se encuentran con un tiranosaurio. Mientras intentan huir, el Spinosaurus regresa y lucha contra el T. Rex, matándolo, y comprando al grupo suficiente tiempo para escapar;.

Grant se entera de que los Kirby son en realidad una pareja divorciada de clase media que busca a su hijo Eric y al novio de Amanda, Ben, que desapareció en la isla. Los organismos gubernamentales se niegan a ayudar a los Kirby, por lo que traen a Grant como experto debido a su experiencia pasada en Jurassic Park. Para su consternación, Grant les revela que sólo ha estado en la Isla Nublar, no en la Isla Sorna, y que por tanto está tan perdido como ellos.

Cuando empiezan a buscar a Eric, el grupo encuentra el parasail de Ben con su cadáver atado a él. Se suben al parapente y se encuentran con nidos de aves rapaces y tropiezan con un complejo abandonado de InGen. Un raptor los persigue y convoca al resto de su manada; el grupo huye hacia una manada de Corythosaurus y Parasaurolophus, provocando una estampida, y separando a Grant y Udesky de los demás. Los raptores atacan a Udesky en un intento de atraer a los demás desde un árbol, y casi consiguen atacar a Amanda cuando intenta descender para ayudarle. La trampa de los rapaces falla y matan a Udesky rompiéndole el cuello antes de marcharse.

En otro lugar, Grant observa a los rapaces comunicándose y sospecha que están buscando algo. Le tienden una emboscada, pero dudan en matarlo, y posteriormente es rescatado por Eric, que ha sobrevivido en un camión de suministros volcado. Al día siguiente, Grant y Eric se reúnen con Billy y los Kirby después de que Eric escuche el tono del teléfono por satélite de su padre. El Spinosaurus, que tiene el teléfono satélite en su interior tras devorar a Nash, aparece de repente y persigue al grupo, pero consiguen escapar de él entrando en un observatorio abandonado.

Grant descubre que Billy ha cogido dos huevos de rapaz para utilizarlos como financiación, lo que ha provocado los ataques de los raptores. Grant decide quedarse con los huevos para asegurar la supervivencia del grupo. El grupo, sin saberlo, entra en una gran pajarera utilizada para albergar pteranodones, que atacan al grupo y huyen con Eric. Billy rescata a Eric utilizando el parasail de Ben, pero entonces es atacado y aparentemente asesinado por los pteranodones. El resto del grupo escapa de la pajarera, dejando la puerta abierta sin saberlo. Encuentran un bote y se dirigen a un río.

Esa noche, el grupo recupera el teléfono satelital que suena entre las heces del Spinosaurus. Grant se pone en contacto con Ellie y le dice dónde están, pero el Spinosaurus ataca el barco. Grant enciende el combustible del barco, haciendo que el Spinosaurus huya. A la mañana siguiente, el grupo se dirige hacia la costa, pero es rodeado por los raptores. Entregan los huevos a los raptores mientras Grant utiliza la réplica de la laringe de los raptores para confundir a la manada, que huye con los huevos.

El grupo llega a la costa y ve que el Cuerpo de Marines y la Marina han llegado para rescatarlos después de que Ellie los llamara. Descubren que Billy, aunque gravemente herido, también ha sido rescatado. Mientras abandonan la isla, ven pasar volando a los pteranodones recién escapados.