Lina et Doon ont fui la ville souterraine d'Ember et commencé une nouvelle vie à l'air libre. Au coeur de l'hiver, alors que la communauté souffre du froid et manque de nourriture, Doon découvre qu'une mystérieuse machine les attendrait peut-être sous terre... Portés par l'espoir, les deux amis s'éclipsent pour une dernière aventure dans l'ancienne cité. Mais que - et qui - vont-ils découvrir en y retournant ?