Même s'il a sauvé le monde deux fois déjà et qu'il vient tout juste de graduer de l'université, Sam Witwicky a de la difficulté à trouver un emploi. Sa petite amie Carly l'encourage comme elle peut, mais les temps sont durs pour lui, d'autant que Bumblebee et les Autobots parcourent le monde dans des missions spéciales. La découverte d'un vaisseau spatial longtemps oublié sur la Lune enclenche cependant une course entre les Autobots et les Decepticons afin de mettre la main sur une technologie qui permet la téléportation et son inventeur, Sentinel Prime. Cette lutte à finir pourrait du même coup sceller le destin de l'humanité.
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