道姆·科布（莱昂纳多·迪卡普里奥饰）是一个经验老道的窃贼。在人们精神最为脆弱的时候，他潜入别人梦中，窃取潜意识中有价值的信息和秘密。
在一次任务中，科布和他的同伴亚瑟（约瑟夫·高登·莱维特饰），因科布的潜意识——科布的亡妻茉儿（玛丽昂·歌迪亚饰）的阻扰，未能成功窃取雇主所需要的资料，从而面临着两天之内被杀的危险。为了保命，他们的另外一个同伴把他们出卖给了之前他们窃取梦境的对象——斋藤（渡边谦饰），斋藤找到科布和亚瑟，希望他们能够为自己服务，也就是找到全球垄断巨头的儿子费舍尔（希里安·墨菲饰 ），在费舍尔的头脑中植入遣散公司的意念，从而消灭自己的竞争对手，如果成功，将带他回国。由于科布迫切地想回家见自己的儿女，他答应了斋藤的请求，找到了“伪装者”埃姆斯、“药剂师”优素福、“造梦师”阿里阿德尼。买下了整个航空公司，让费舍尔的私人飞机故障检修，然后在费舍尔飞往洛杉矶的途中实施了这个计划。科布等一行六人将费舍带入了事先造好的梦境，对费舍尔进行意念的培养，然而费舍尔先前曾受过防止在梦中被袭击的专业训练，于是在第一层梦境中，他们受到费舍尔潜意识保卫队的猛烈攻击，斋藤受伤。但最后，成功地将遣散公司的意念植入费舍尔脑中，化解了费舍尔与其父亲的矛盾。在这中间，科布又受到了爱妻茉儿的阻挠，使计划几乎失败，但科布最终战胜了自己，摆脱了自己头脑中亡妻幻影的诱惑，坚强的度过了永远迷失在梦里的危险，并从潜意识的边缘救出了迷失的斋藤。电影在最后留给大家一个悬念。科布在“回到现实”与儿女团聚之后，用陀螺测试是否还在梦境中，电影突然结束，到底是在现实，还是梦境? 然而，是梦境还是现实，都已经不重要了。
确切地说，在最后的时候，陀螺转速变慢，中心轴左右摇摆，想必是要停止转动的前兆，可判断为现实。只是电影突然停止，不细心的话估计没看出来。还有，科布的世界里是没有儿女的样子，电影里有提到在梦里科布每次想叫孩子孩子就会转身跑掉，但和儿女团聚之后孩子转过了脸，由此判断是现实的。
