События фантастического фильма «Петрополис» разворачиваются в одновременной России, США и Японии. Главный герой – сын эмигрантов из России Владимир Огнев. В начале двухтысячных годов Владимир встречает Анну, которая через три года стала его женой. У него блестящая научная карьера и счастливая личная жизнь. После защиты диссертации к Владимиру обращаются серьезные люди и приглашают на работу в секретный отдел Организации Объединенных Наций. Огнев становится руководителем исследования одного гипотетического сценария: как поведет себя человечество, когда узнает, что инопланетяне не только существуют, но и давно контактируют с людьми? Молодой ученый в процессе работы начинает понимать, что такой сценарий вовсе не фантастика, и то, чем он занимается, действительно важно. В какой-то момент от исследований главного героя будет зависеть будущее человеческой цивилизации.