史考特‧朗恩兩年前以「蟻人」身份參與復仇者內戰而違反《蘇科維亞協議》，因為家人關係而自首後獲准回到美國家中軟禁，戴上電子腳鐐並由聯邦調查局特務吳吉米全面監視。受他牽連遭通緝的漢克‧皮姆和女兒荷普，這段期間一直留在一間能縮小成行李箱大小的便攜式實驗室中，打造進入量子領域的隧道，漢克參考史考特兩年前從量子領域回到宏觀世界的方法，試圖救出自從1987年就困於領域中的妻子珍妮特‧汎戴茵。如今軟禁期只剩三天的史考特，腦中突然因量子纏結而收到珍妮特的「訊息」，本以為是做夢卻感到不尋常的史考特秘密緻電漢克通報這件事。

由於史考特收到訊息的時間跟漢克首次開啟隧道的時間幾乎吻合，荷普認為兩者有某種聯繫後，秘密將史考特帶到實驗室，派一隻誘餌螞蟻留在史考特家中確保不引起吉米的注意。父女倆發現史考特腦裡訊息的內容是珍妮特的回憶後，確認她還活著而決定完工隧道儀器。荷普隨後跟黑市商人桑尼‧伯奇交易最後一套所需零件時，伯奇因為發現荷普的身份，並且認為漢克對量子領域的研究能夠賺更多利潤而背叛交易。荷普於是身穿黃蜂女戰服擊敗伯奇的打手後，到手的零件卻被一位有穿透能力的白衣蒙面女子「幽靈」搶走，連漢克身邊縮小的實驗室也一同被搶。無跡可尋之下，漢克去拜託他原來的神盾局同事比爾‧福斯特得到尋找實驗室的方法，三人找到實驗室位於森林郊區的一棟房子，潛伏進去時卻集體被幽靈抓獲。

幽靈表示自己名叫艾娃‧史塔爾，其父親埃利亞斯被漢克從神盾局開除後同樣致力於研究量子領域，但一場實驗事故奪走她父母的性命，唯獨倖存的她身體卻出現量子變化狀態。福斯特也現身表示他撫養艾娃長大，需要實驗室的隧道抽取量子領域的能量來恢復她的肉體，漢克意識到過程會殺死困於其中的珍妮特而拒絕幫忙，三人想辦法脫身後帶著實驗室和零件逃跑至穆爾森林將隧道完工。而一次運行不穩讓珍妮特暫時借用史考特的身體，幫父女倆完成儀器數值並指出她的精確方位，同時警告說時限只剩下兩小時，錯過這次時機就必須再等將近一百年。

伯奇靠找到並追問史考特的三位同事路易斯、戴夫和寇特，得知實驗室位置後通報給他在聯調局裡的眼線。路易斯緊急通知史考特後，讓他被迫離開實驗室趕在前來搜查的吳之前跑回家中，而剛想轉移實驗室的漢克和荷普則被聯調局抓獲，但艾娃馬上來到搶跑實驗室。史考特對再一次拋棄漢克和荷普感到愧疚時，受到來探望他的女兒凱西鼓勵之下決心去救他們。史考特偷偷潛入聯調局，讓他們父女倆換裝離開，隨後找到實驗室。當史考特和荷普在外用聲東擊西戰術誘出艾娃和福斯特後，漢克馬上著裝開一部行動車具進入量子領域，最終在裡面找到失散三十年的珍妮特。

除了艾娃窮追不捨以外，伯奇一行人也尾隨在後試圖搶奪實驗室，荷普被迫駛向39號碼頭，伯奇搶到實驗室後搭上渡輪離開。史考特剛好因為調節器故障而變成幾十英呎高的巨人，搶回實驗室後幾近缺氧昏倒在海裡，最後被荷普救上岸恢復原狀。艾娃走進實驗室開始抽取量子能量，史考特和荷普想辦法拖延她時，漢克和珍妮特在時限到達之際安全地從量子領域回到宏觀世界，母女倆團圓不久，珍妮特也自願將她的一些能量贈予給艾娃，以讓她暫時恢復肉體。路易斯三人幫忙制伏伯奇一行人後讓他們被逮捕，史考特仍然趕在從新聞目擊事情的吳趕來之前回到家，讓他在質疑卻無證據的情況下解鎖釋放史考特。恢復自由之身的史考特馬上回女兒的家團聚，而艾娃和福斯特逃離現場消失，完成使命的漢克決定跟珍妮特在海邊安享人生。

後來，荷普、漢克和珍妮特打造出一座小型量子隧道，將史考特送入量子領域抽取出一部分能量以治療艾娃。但過程中，全宇宙一半生命開始灰飛煙散，荷普、漢克和珍妮特同樣受牽連而化成灰燼，留下史考特一人困於量子領域孤立無援。