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얼어붙은 지구, 살아남으려면 끝없이 달려야 한다. 마지막 인류를 싣고 선로를 따라 순환하는 열차. 조금만 미끄러져도 파멸이 다가온다. 그래도 혁명을 포기할 수는 없다.
우리에게도 살아남을 권리는 있다. 또다시 반란을 꿈꾸는 꼬리 칸 사람들. 하지만 한때 형사였던 그들의 지도자 레이턴이 앞 칸으로 소환된다. 열차에서 사건이 발생했다.
언젠가 인간으로 살아갈 날이 올까. 꼬리 칸 사람 몇몇이 실패의 대가로 형벌에 처해진다. 분노를 삼키며, 범죄를 수사하는 레이턴. 그리고 거대한 재앙이 열차를 덮친다.
그녀에게 단서를 얻을 수도 있다. 숀의 과거를 파헤치기 위해, 레이턴은 니키를 만난다. 불안한 승객들을 진정시키려고 계획된 유흥의 밤. 지금이 수사를 진전시킬 기회다.
또 다른 범죄가 발생한다. 범인을 찾아 열차를 수색하려는 사람들. 하지만 레이턴과 멜러니는 1등급 승객들을 만나러 간다. 단단한 특권의 벽을, 그들은 넘을 수 있을까.
살인 용의자에 대한 재판이 열린다. 놀라운 증언과 폭로로 뒤흔들리는 열차. 재판이 끝난 후, 웃는 자는 누구일까? 조시는 레이턴을 찾기 위해, 다른 칸으로 숨어든다.
판결이 내려진 열차 안에서 불안한 움직임이 감지된다. 아직 회복되지 못한 상태로 진실을 밝히려 애쓰는 레이턴. 그와 멜러니의 싸움 끝에, 열차에 비상사태가 발생한다.
열차의 추악한 비밀이 알려질 위기. 레이턴을 찾아야 한다. 수단과 방법을 가리지 않고 수색에 나서는 멜러니. 조시는 위험을 무릅쓰고, 루스는 뜻밖의 제안을 받는다.
열차를 통제하는 사람은 누구인가. 1등급 승객들은 멜러니를 의심하며 그녀를 압박한다. 엔진을 향해 진격하는 레이턴과 동료들. 모든 것을 걸고, 이 지옥을 탈출하리라.
그레이, 루스, 폴저 가족은 반군 공격을 계획한다. 충격적인 사실을 듣는 레이턴. 감금된 채 자신의 운명을 기다리는 멜러니. 이대로 끝인 걸까, 마지막 기회가 있을까.
열차의 통제권이 다른 손에 넘어간다. 새로운 변화에 동요하는 승객들. 그때 또 다른 깜짝 손님이 등장한다. 누군가에게는 희망을, 누군가에게는 공포를 안겨줄 인물이.
설국열차가 얼어붙고 있다. 다시 움직이려면 빅 앨리스가 필요하다. 국경지대로 변한 꼬리 칸, 윌포드를 다시 만난 멜러니. 레이턴은 자유를 지키기 위해 싸움을 준비한다.
이제 설국열차는 1,034칸. 그 안에서 긴장과 분열이 꿈틀댄다. 멜러니의 발견은 무얼 의미하는 걸까. 아직 희망이 있는 걸까. 윌포드와 레이턴은 마침내 얼굴을 마주한다.
설국열차가 산을 넘어야 한다. 하나의 엔진으로는 불가능한 길. 빅 앨리스가 밀어준다면 해낼 수 있을까. 멜러니는 인류의 운명이 걸린 임무를 위해 열차를 떠나려 한다.
윌포드가 설국열차의 나이트카에서 저녁을 보내려 한다. 그 때문에 불안에 떠는 오드리. 그날 밤, 누가 원하는 것을 손에 넣을까. 설국열차는 멜러니와 연결을 시도한다.
윌포드가 오드리를 빅 앨리스로 초대한다. 그곳의 동태를 파악하려는 오드리. 하지만 윌포드도 뭔가 계획하고 있다. 한편, 멜러니가 없는 열차에는 불안한 기운이 감돈다.
얼어붙은 지구에도 희망이 있을까. 기상 연구소에 도착한 멜러니. 그곳엔 잔혹한 과거의 흔적이 기다리고 있다. 그 그림자와 마주하며, 그녀는 살아남고자 사투를 벌인다.
사람이 사람을 잔혹하게 살해했다. 이 비극을 멈추고 싶다. 온 힘을 다해 진실을 찾으려는 틸. 꼬리 칸을 지키려던 레이턴은 궁지에 몰리고, 윌포드는 오드리를 시험한다.
설국열차의 균열이 깊어만 가고 있다. 레이턴의 입지가 불안해지고 있다. 어려운 순간에 열차를 강타한 엔진의 비상 상황. 이 위기를 해결할 수 있는 건 단 한 사람뿐이다.
새로운 지도자가 설국열차에 군림한다. 다시 계급과 공포의 시대가 오는 걸까. 불안 속에서도 멜러니에게 달려가려는 동료들. 조시는 자신의 변화 때문에 혼란스러워한다.
오늘 밤, 모든 것을 걸어야 한다. 설국열차와 멜러니를 위해. 지옥에서 벗어나 열차를 되찾으려는 레이턴. 전투와 희생 속에, 멜러니와 약속한 장소가 가까워지고 있다.
얼음 표본을 수집하기 위해 설국열차 밖으로 향하는 벤. 한편 빅 앨리스에서는 케빈이 저항군의 배후를 색출하고자 한다.
새로운 생존자가 합류한 설국열차. 레이턴은 환상의 의미를 알아내려 한다. 빅 앨리스에선 루스와 저항군이 결혼식을 틈타 파괴 공작을 감행하는데.
레이턴과 윌포드의 술래잡기로 인해 시작된 두 열차의 쫓고 쫓기는 추격전. 생존자 아샤는 자신을 찾아준 레이턴으로부터 부탁을 받는다.
과거가 남긴 트라우마를 각자의 방식으로 마주하는 앨릭스, 아샤, 로시, 하비. 막힌 선로를 치우기 위해 레이턴과 엔지니어들은 작업에 돌입한다.
자라가 출산하는 동안 화재의 원인을 조사하는 레이턴과 틸. 앨릭스는 의식 잃은 윌포드와 시간을 보내고, 벤은 하비의 회복을 위해 사이크스에게 도움을 청한다.
레이턴을 공격한 자는 누구인가. 범인을 색출하는 과정이 목숨을 건 싸움으로 번질 줄이야. 로시는 여전히 윌포드를 향한 분노를 다스리지 못해 괴로워한다.
의식을 잃고 쓰러진 레이턴. 그의 꿈속에서는 현실과는 거리가 먼 세상이 펼쳐진다. 한편 불현듯 기억을 떠올린 윌포드는 상상을 초월하는 가설을 제시하는데.
죽은 줄 알았던 사람이 살아있을지도 모른다는 희망에 설국열차는 계획된 경로에서 벗어난다. 그러나, 도사리고 있던 위험이 곧 열차 앞을 가로막는데.
열차를 강타한 돌발 상황으로 인해 새 낙원으로 향하려는 레이턴의 계획에 제동이 걸린다. 오스는 자신을 소외시키는 LJ가 음모를 꾸미는 중이라고 의심한다.
설국열차를 새 낙원으로 인도하리라. 집념으로 불타는 레이턴이 엔진실 점거를 위해 전쟁을 각오하자, 멜러니는 마지못해 새로운 동맹과 손을 잡는다.
설국열차 승무원들이 하늘을 날아가는 로켓을 경이롭게 바라보던 중, 로켓이 인근에 추락한다. 멜러니는 상황을 파악하기 위해 틸과 벤을 파견한다. 그로부터 9개월 뒤, 뉴 에덴에 생명이 꽃피우기 시작한다.
밀리우스와 그의 야수 부대가 열차를 급습한다. 이상함을 감지한 멜러니가 엔진실의 금고 문을 차단하지만, 벤이 위험에 처하자 결국 엔진을 내주고 만다.
레이턴이 리아나 구출을 위해 빅 앨리스를 쓰겠다고 하자, 뉴 에덴의 새 시장인 루스는 마을의 전력원이라며 반대한다. 레이턴은 하비어에게 응급 해결책을 마련하라 지시하여 3주치 전력을 얻어낸다.
빅 앨리스가 설국열차를 추격해 따라붙자, 밀리우스는 무선으로 레이턴에게 만나자고 제안한다. 이를 함정으로 의심한 레이턴과 조시는 은밀히 설국열차로 잠입한다. 한편 니마는 레이턴이 독가스에 당할까 봐 걱정하며 온실 차량을 무력화하려 한다.
레이턴은 교환 조건을 제시받는다. 리아나와 빅 앨리스를 맞바꾸는 것. 합의 후 열차들이 사일로에 도킹하고, 레이턴, 벤, 틸, 루스, 앨릭스는 감금실에서 불안해하며 기다린다. 조시는 헤드우드에게 끌려가고, 밀리우스는 자신의 공범을 드러낸다.
실험용 샘플이 더 필요하다는 니마의 요청에 밀리우스는 윌포드와 병력을 파견한다. 하지만 몰래 울프에게 윌포드 제거를 명령한다. 한편 폐층에서 의식을 되찾은 레이턴 앞에 독성 가스로 인한 상처를 입은 사람들이 나타난다.
조시와 리아나를 대상으로 한 실험의 배후를 알게 된 레이턴은, 나아가 지구를 빙하기로 만든 진짜 원흉까지 찾아낸다. 한편 뉴 에덴으로 향하던 빅 앨리스는 함정이 설치된 교량 때문에 진입하지 못한다.
뉴 에덴에 당도한 빅 앨리스, 조시, 리아나는 인적 없는 벌판에서 추위에 떨며 죽음의 위기에 처해 있을 때 가면 쓴 군인이 등장한다. 앨릭스는 위험한 상황에 빠져 있다.
앨릭스가 궤도 전환기 컴퓨터를 고장 내고 레이턴과 함께 시청 건물로 피신한다. 틸은 에이스를 기습해 그의 저격소총으로 랫의 공격으로부터 레이턴과 앨릭스를 구해낸다. 한편 멜러니는 앨릭스의 친아버지가 누구인지 폭로한다.
설국열차를 향해 이동하는 니마. 로스가 포로로 잡히자 레이턴과 테일리들이 전투를 벌이며 열차 전방으로 진격한다. 협상을 시도하던 니마는 로켓 조종실로 뛰어가 발사 시퀀스를 가동시킨다.