Una noche en el desierto de Arizona, un meteorito se estrella cerca de la ciudad de Glen Canyon. Dos profesores universitarios, Ira Kane (David Duchovny) y Harry Block (Orlando Jones), acuden al lugar para investigar. Descubren que el meteorito contiene organismos unicelulares alienígenas que evolucionan a una velocidad asombrosa, desarrollándose en minutos lo que en la Tierra tardaría millones de años.
Pronto, los simples organismos se convierten en criaturas más complejas, como insectos gigantes, anfibios e incluso reptiles prehistóricos. Ira y Harry intentan advertir a las autoridades del peligro, pero el gobierno interviene, encabezado por el ejército y el arrogante general Woodman, quien decide tomar el control del sitio y excluye a los científicos locales de la investigación.
La situación se vuelve crítica cuando los alienígenas comienzan a salir del área del meteorito y a infestar la ciudad. La evolución continua da lugar a criaturas cada vez más peligrosas y agresivas. Los protagonistas, con la ayuda de la cadete de bomberos Allison Reed (Julianne Moore) y el torpe aspirante a bombero Wayne Grey (Seann William Scott), intentan encontrar una forma de detener la expansión alienígena.
Después de varios intentos fallidos y enfrentamientos cómicos con las criaturas, el equipo descubre que el elemento que puede destruir a los alienígenas es el selenio, que casualmente se encuentra en un producto anticaspa. Deciden entonces utilizar un camión lleno de champú medicado como arma para combatir la amenaza.
La película concluye con una batalla caótica pero divertida, en la que logran destruir a la gigantesca criatura alienígena que amenaza con aniquilar la vida en la Tierra. Evolution cierra con un tono ligero, celebrando el triunfo de los científicos excéntricos sobre la arrogancia militar, en una historia que mezcla ciencia ficción, humor absurdo y aventura con un estilo muy similar al de Ghostbusters.
