Au début des années 1980, un vaisseau spatial s'immobilise au-dessus de Johannesburg. Après trois mois sans un signe d'activité, l'armée s'en approche et découvre à bord des centaines de milliers d'humanoïdes aux allures d'insecte, tapis dans l'ombre et mal en point. Sur Terre, on leur assigne une zone de quarantaine, le Secteur 9, qui devient peu à peu un bidonville bouclé par le gouvernement. Vers 2006, Wikus, un scientifique, est chargé de relocaliser les extraterrestres dans un secteur plus éloigné de la ville, afin d'apaiser la grogne de la population humaine. Mais rien ne se déroule comme prévu et Wikus, exposé à un mystérieux sérum, subit une inquiétante mutation. Mis en quarantaine tel un cobaye, il s'enfuit et trouve refuge dans le Secteur 9 où Christopher, un extraterrestre, lui promet de le guérir en échange d'un précieux fluide, carburant devant alimenter le vaisseau-mère et permettre aux visiteurs de repartir.