パンドラへ
下半身不随の元海兵隊員のジェイクは、低温睡眠状態でパンドラ星に向かっている。交通事故で急死したジェイクの双子の兄は、パンドラの現住種族ナヴィと兄のDNAを合成して作られたアバターを操作する契約をRDA社としており、兄とジェイクのDNAが同じため、兄の契約を引き継いだのだった。低温睡眠状態から目覚めたジェイクは、パンドラに到着する。パンドラでは、貴重な鉱物アンオブタニウムを採掘するために、RDA社がアバターを使ってナヴィの集落を移動させる交渉をしようとしていたが、進んでいなかった。
アバターの初体験
アバター計画の責任者であるグレースと対面したジェイクは、ポッドに入り、初めてアバターを操縦する。アバター姿となったジェイクは、命令を聞かずに外に飛び出し、走ったり土を踏みしめたりして、失った足の感覚を味わう。また、アバター姿のグレースとも会う。目を覚ましたジェイクは、元海兵隊で傭兵部隊を率いるクオリッチに呼ばれる。クオリッチは、アバターとなって得た知識を自分に教えるようにジェイクに言い、ジェイクは受け入れる。
現住生物に襲われるジェイク
再びアバター姿となったジェイクは、グレースとノームの調査に同行する。パンドラの巨大な現住生物に襲われたジェイクは、走って逃げ、川に飛び込んでなんとか助かる。1人になったジェイクを、ナヴィのネイティリが弓矢で狙うが、思いとどまる。
ネイティリとの出会い
夜。ジェイクが襲いかかる生物と戦っていると、ネイティリが助けてくれる。ジェイクの体にクラゲ状の物体が集まってくるのを見たネイティリは、族長である父エイトゥカンと母モアトの元にジェイクを連れていく。事情を聞いたモアトは、ジェイクの血をなめてジェイクを品定めし、エイワの意志を尊重してジェイクを受け入れ、ネイティリを教育係とする。
タイムリミット
アバターから戻ったジェイクは、グレースたちに報告をする。RDA社の責任者パーカーは、ナヴィのすみかにある巨木（ホームツリー）の下に希少な鉱物であるアンオブタニウムの豊かな鉱床があるため、3カ月以内に立ち退かせるようにジェイクに指示をする。
ネイティリからの教育
ジェイクは、シッポの触手を動物と結ぶつけ、絆を作って操ることをネイティリから教わる。また、イクランと呼ばれる巨大な翼竜とは、1人につき1体としかペアになれないことを知る。アバターから戻ったジェイクは、クオリッチたちに巨木の構造などを教える。ジェイクとクオリッチの関係を知ったグレースは、クオリッチたちから離れるために、山の上の基地に移動する。
イクラン
ナヴィの言葉や考え方、狩猟の方法を学ぶジェイク。狩りの時に動物の対して祈りをささげるジェイクの姿を見たネイティリは、相棒のイクランを見つける準備ができたと考える。イクランの巣にやって来たジェイクは、イクランに襲われて危険にさらされながらも、1体のイクランと絆を結ぶ。イクランの背中に乗ってジェイクは空を飛ぶ。ネイティリと並んでイクランに乗って空を飛ぶジェイクは、イクランよりも大きな翼竜に襲われる。ネイティリは、大きな翼竜はトルークという名前で、トルークを操る者はトルーク・マクトと呼ばれ、悲しみの時にナヴィをまとめる伝説があると教える。
ネイティリと結ばれる
ジェイクは、ナヴィの儀式を受け、一人前と認められる。その夜、ネイティリは、一人前の男は女性を選ぶことができるとジェイクに話す。ジェイクは、ネイティリを選び、2人は結ばれる。朝。ネイティリはRDA社の軍隊のブルドーザーの音で目を覚ます。ジェイクはカメラを破壊してブルドーザーの邪魔をする。それを知ったクオリッチは、山にあるグレースたちの基地に向かう。
ブルドーザーが集落へ
人間と戦おうと、ナヴィたちが集まっている。止めようとするグレースとジェイク。ジェイクが話をしようとした時に、山の基地に到着したクオリッチが、ジェイクのポッドの接続を切ってしまい、ジェイクのアバターは気を失って倒れてしまう。ナヴィのツーテイは、ジェイクを殺そうとするが、ネイティリが止める。ジェイクやグレースは、クオリッチやパーカーと話し合う。パンドラに生えている木とホームツリーは、人間の脳を上回る神経のつながりを持っており、貴重な存在であることを説明するグレース。だが、それゆえにナヴィの人々がホームツリーを離れる可能性は低かった。パーカーはホームツリーの攻撃を決断。クオリッチはガンシップで攻撃に向かう準備をするが、ジェイクとグレースは1時間だけナヴィを説得する猶予をもらう。
ホームツリー
意識を取り戻したジェイクとグレースのアバターは、ナヴィの人々を説得するが、人間が攻撃してくることを知っていたジェイクたちは信頼されず、縛り上げられる。クオリッチの率いる編隊が、ホームツリーに近づき、催涙弾を発射。ナヴィの人々は、弓矢で反撃するが効かない。編隊は火炎弾を発射。さらにミサイルを撃ち込み、ホームツリーは倒れ、多くのナヴィの人々が犠牲になる。混乱の中で、ジェイクとグレースは、モアトによって自由にされるものの、クオリッチの部下によってポッドの電源を切られてしまう。
RDA社からの離反
人間に戻ったジェイクとグレースは、ノームとともに閉じ込められる。クオリッチの部下だがナヴィの攻撃に反対するトゥルーディが、ジェイクたちを助け出す。ジェイクたちは、トゥルーディの操縦するヘリで、ポッドの入ったコンテナをつり上げ、魂の木のある山奥に向かうが、逃げる時にグレースがクオリッチに腹を撃たれる。山奥のコンテナの中で、ジェイクは再びアバターに戻る。
グレースの死
ジェイクは、ナヴィの信頼を取り戻すために、トルークの背中に乗り、トルーク・マクトとして魂の木の周りに集まるナヴィたちの前に姿を現し、ネイティリやツーテイに受け入れられる。グレースを助けるために、アバターとグレースの体が魂の木の祭壇に並べられ、人間の肉体からアバターに意識を移す儀式が行われる。ナヴィの人たちが祈りをささげ、肉体は地面から伸びる神経組織で覆われる。だが、弱っていたグレースは死んでしまう。ジェイクは、ともに戦うために他の部族に声をかけるように、ナヴィの人々に話す。話を聞いたナヴィの軍勢が集まってくる。そのことを知ったクオリッチは、ナヴィへの総攻撃を決める。
総攻撃
クオリッチが指揮する軍隊の総攻撃が始まり、ナヴィが迎え撃つ。空中戦では、トゥルーディがヘリで戦うが撃墜される。また、ツーテイも戦いで亡くなる。地上では、騎馬民族が迎え撃ち、ノームもアバターで戦闘に参加する。イクランを撃ち落とされたネイティリは、地上でパワードスーツに追いつめられる。追いつめられたナヴィたちだったが、パンドラに住む生物たちが、クオリッチの軍に襲いかかり、形勢は逆転する。
クオリッチとの最後の戦い
ジェイクは、クオリッチの乗る機を攻撃。クオリッチは、パワードスーツを着用して地上へと降り、ジェイクのポッドのあるコンテナを破壊しようとする。そこにネイティリがやって来て、クオリッチを止める。さらにジェイクがやって来て、クオリッチとの戦いになる。戦いは、ネイティリはがクオリッチの胸に矢を打ち込むことで終わる。だが、コンテナの酸素が漏れてしまったため、人間のジェイクは死にかけている。そのことに気づいたネイティリは、人間のジェイクにマスクをつけて、ジェイクを助ける。
生まれ変わるジェイク
地球人たちは、ジェイクなどの一部を残し、パンドラから追放される。残されたジェイクは、ネイティリたちに見守られ、アイワを通じて意識を人間の肉体からアバターの肉体に移す儀式を受ける。アバターの肉体に意識が移ったジェイクが、目を開く。
