Pasca perang dahsyat melawan RDA dan kehilangan putra sulung mereka, Jake Sully dan Neytiri menghadapi ancaman baru di Pandora, Kaum Abu (Ash People), sebuah suku Na’vi yang beringas dan haus kekuasaan di bawah pimpinan Varang yang kejam.
Film dibuka dengan suasana muram. Lo’ak terus dihantui oleh kenangan mendiang kakaknya, Neteyam, saat mereka terbang bersama menunggangi Ikran. Rasa bersalah Lo’ak semakin dalam; ia merasa tindakannya di medan peranglah yang menyebabkan kematian kakaknya. Di tengah duka ini, hubungan antara Kiri dan Spider mulai tumbuh menjadi sesuatu yang lebih dari sekadar persahabatan.
Sementara itu, Jake Sully dan Neytiri merespons duka dengan cara berbeda. Neytiri menenggelamkan dirinya dalam ritual dan tradisi kuno Na’vi, mencari penghiburan spiritual. Sebaliknya, Jake kembali ke naluri militernya. Ia memimpin anak-anaknya menjarah bangkai kapal RDA untuk mengambil senjata api. Tindakan ini memicu konflik keras dengan pemimpin klan Metkayina, Tonowari dan Ronal, yang menolak penggunaan teknologi manusia yang merusak. Tonowari menyarankan Jake untuk kembali mengambil peran sebagai Toruk Makto untuk memimpin, namun Jake menolak karena takut kekuasaan Toruk akan mengubahnya menjadi sosok yang tidak ia inginkan lagi.
Krisis menimpa keluarga Sully ketika stok masker oksigen Spider mulai menipis. Jake dan Neytiri membuat keputusan yang memilukan, mengirim Spider untuk hidup bersama suku Wind Traders (Pedagang Angin), klan pengembara yang tinggal di wilayah dengan atmosfer yang bisa dihirup manusia. Keputusan ini memicu protes keras dari anak-anak. Spider memohon sambil menangis agar tidak dibuang, namun Neytiri dengan dingin menegaskan bahwa Spider—anak dari musuh bebuyutan mereka—tidak akan pernah menjadi bagian sejati dari keluarga Sully.
Keluarga Sully mengawal Spider menggunakan kapal udara milik Pedagang Angin yang dipimpin Peylak. Namun, perjalanan mereka berubah menjadi mimpi buruk saat mereka disergap oleh Mangkwan (Suku Abu/Api), klan Na’vi yang kejam, berbasis elemen api, dan dipimpin oleh Varang yang sadis.
Dalam pertempuran udara yang brutal, kapal keluarga Sully ditembak jatuh. Kiri berhasil menyelamatkan Lo’ak, Spider, dan Tuk menggunakan Ikran, namun mereka jatuh terpisah di hutan wilayah Mangkwan. Di sana, mereka menyaksikan kekejaman suku Api yang menaklukkan musuh dengan menyambungkan kuru (saraf) mereka, lalu memotong kuru korban sebagai bentuk dominasi mutlak.
Saat melarikan diri, masker oksigen Spider habis total. Ia mulai tercekik dan sekarat. Dalam keputusasaan, Kiri menggunakan koneksi spiritualnya dengan Eywa. Ia memerintahkan Lo’ak mengubur Spider di tanah, lalu memanggil miselium jamur untuk menyelimuti tubuh Spider. Keajaiban terjadi, Spider bangkit kembali. Tubuhnya telah berevolusi secara instan, memungkinkannya bernapas di udara beracun Pandora tanpa masker. Namun, mereka segera tertangkap oleh Varang, yang mencemooh klaim Kiri bahwa ini adalah kehendak Eywa, karena suku Mangkwan tidak lagi percaya pada dewi tersebut.
Di tempat lain, Jake tertangkap oleh Quaritch dan Wainfleet. Demi menyelamatkan anak-anak yang ditahan Mangkwan, dua musuh bebuyutan ini terpaksa bekerja sama. Meski kalah jumlah, Quaritch memenangkan hati Varang dengan mengajarkan cara menggunakan senjata api (“pembuat petir”). Kiri kembali menyelamatkan kelompoknya dengan memanipulasi tanaman beracun untuk menembakkan duri ke arah Mangkwan, memberi kesempatan bagi mereka semua untuk kabur.
Kembali ke markas masing-masing, konsekuensi dari peristiwa ini mulai terungkap. Quaritch kembali ke RDA dengan rencana baru, yaitu menggunakan anatomi tubuh baru Spider sebagai kunci kolonisasi manusia di Pandora. Tes medis mengungkapkan Spider telah menumbuhkan kuru di belakang kepalanya. Di desa Metkayina, Mo’at mengungkapkan rahasia asal-usul Kiri kepada Jake dan Neytiri, Kiri adalah klon genetik dari Avatar Grace Augustine, bukan anak biologis, dan koneksinya yang terlalu kuat dengan Eywa berisiko membunuhnya jika tidak dikendalikan.
Konflik di laut memanas. Matriark Tulkun (paus Pandora) memerintahkan pengasingan Payakan karena sifatnya yang beringas. Lo’ak, yang memiliki ikatan batin dengan Payakan, memprotes keras. Perdebatan dengan ayahnya memuncak saat Jake secara implisit menyalahkan Lo’ak atas kematian Neteyam karena sifat pembangkangnya. Hancur secara mental, Lo’ak hampir bunuh diri dengan senapan, namun berhasil diselamatkan oleh Kiri dan Tsireya.
Quaritch kembali mendatangi Varang. Ia mempelajari sejarah suku Mangkwan, sebuah klan yang hancur oleh api vulkanik dan kehilangan iman pada Eywa karena merasa ditinggalkan. Quaritch dan Varang menjalin hubungan romantis dan militer, menggabungkan kebrutalan api dengan teknologi manusia.
Lo’ak dan teman-temannya pergi mencari Payakan, namun mereka diserang cumi-cumi raksasa dan diselamatkan oleh Tulkun lain. Di sisi lain, Quaritch dan pasukan Mangkwan berhasil menangkap Spider. Pasukan gabungan ini kemudian bergerak menuju desa Metkayina. Demi mencegah pembantaian klannya, Jake menyerahkan diri secara sukarela kepada Quaritch dan dibawa ke markas RDA sebagai trofi kemenangan.
Lo’ak mengetahui rencana Scoresby (pemburu paus) yang akan membantai Tulkun di pertemuan Tulkun. Di markas RDA, Neytiri yang mengamuk menyusup sendirian. Ia membantai pasukan Mangkwan dan menyiksa Varang dengan memotong kuru-nya demi mendapatkan lokasi Jake. Kekacauan yang dibuat Neytiri dimanfaatkan oleh Ian (ilmuwan yang membelot) untuk membebaskan Jake menggunakan buldoser. Jake, Neytiri, dan Spider melarikan diri ke hutan.
Di tempat persembunyian, ketegangan emosional memuncak. Mengikuti saran Neytiri sebelumnya bahwa Spider adalah liabilitas yang bisa dilacak RDA, Jake membawa Spider ke tempat sepi untuk mengeksekusinya. Spider memohon belas kasihan, dan Jake akhirnya menyadari ia tidak sanggup membunuh anak yang sudah seperti putranya sendiri. Neytiri pun luluh, memeluk Spider, dan akhirnya “melihat” dia sebagai bagian dari keluarga.
Melihat bukti kekejaman manusia terhadap Tulkun (termasuk Tulkun buta bernama Ta’nok), klan Metkayina akhirnya setuju untuk berperang. Jake menyadari diplomasi dan persembunyian sudah usai. Ia kembali ke gua suci, memanggil Toruk, dan sekali lagi bangkit sebagai Toruk Makto untuk memimpin perang total.
Pertempuran dahsyat pecah di lautan. Aliansi Na’vi dan Tulkun melawan armada RDA dan suku Mangkwan. Tragedi terjadi di tengah perang, Ronal, istri Tonowari, terluka fatal. Dengan sisa napas terakhirnya, ia melahirkan putrinya, Pril, di medan perang. Sebelum meninggal dunia, dia menitipkan bayinya pada Neytiri.
Saat pasukan Na’vi terdesak, Kiri menyelam ke kedalaman laut dan menghubungkan dirinya dengan Eywa. Kali ini, ia tidak ditolak. Cahaya bioluminesensi menyelimuti lautan. Kiri memerintahkan seluruh makhluk laut untuk menyerang. Kapal-kapal RDA dihancurkan dari bawah, Scoresby tewas dimakan monster laut, dan Jenderal Ardmore tewas saat kapal induknya tersedot ke dalam pusaran magnetik raksasa yang terbuka di lautan.
Di tepi jurang berapi sisa pertempuran, Quaritch yang terdesak menyandera Spider. Kali ini, Spider memilih keluarganya. Ia menembak lengan Quaritch, membuat mereka berdua jatuh ke arah jurang api. Jake berhasil menangkap mereka dan menarik mereka ke tebing. Menyadari ia telah kalah segalanya, Quaritch menatap Jake dan keluarganya untuk terakhir kali, lalu dengan sengaja melompat mundur, menjatuhkan diri ke dalam lautan api di bawahnya.
Narasi Lo’ak menutup kisah. Kedamaian perlahan kembali ke Pandora. Payakan diterima kembali oleh klan Tulkun. Kiri membawa Spider ke Tree of Souls. Di sana, Spider terhubung dengan jaringan leluhur. Ia bertemu dengan arwah Grace Augustine dan para leluhur Na’vi. Tidak lagi sebagai manusia asing, Spider kini “dilihat” dan diterima sepenuhnya oleh Eywa dan seluruh bangsa Na’vi sebagai salah satu dari mereka.
