《钢铁侠2》中，托尼·斯塔克（小罗伯特·唐尼 Robert Downey Jr. 饰）在国会听证会上坚决拒绝交出钢铁侠技术。然而与此同时，他胸前的微型电弧反应炉却使体内的钯中毒迅速恶化。身心俱疲的托尼决定辞去斯塔克公司的总裁职务，将公司交给秘书波兹（格温妮丝·帕特罗 Gwyneth Paltrow 饰）打理，而她还要负责筹办即将在纽约举行的斯塔克博览会。波兹从法律部门调来娜塔莉（斯佳丽·约翰逊 Scarlett Johansson 饰）担任托尼的助理，却不知道她另有秘密使命。
托尼一贯张扬的作风激怒了伊凡（米基·洛克 Mickey Rourke 饰）。伊凡是托尼父亲昔日同事的儿子，为了复仇，他继承父亲的技术，打造出足以与钢铁战衣抗衡的武器装备。军火商贾斯丁·汉默（山姆·洛克威尔 Sam Rockwell 饰）看中伊凡的能力，设法将他从监狱中弄出，并暗中利用他的技术研发能够取代钢铁侠的装备。与此同时，钯中毒让托尼陷入失意与绝望，他也因自己的任性与好友、空军上校罗尼（唐·钱德尔 Don Cheadle 饰）渐生嫌隙。随着娜塔莉的真实身份逐渐浮出水面，托尼身边的危机也一步步走向失控。
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