Cobb（男主角）是職業的盜夢者，能夠潛入別人的夢裏盜取信息。但他內心深處卻有壹個解不開的障礙，經常阻礙他在夢中的行動。那就是關於他亡妻的記憶。Cobb因為被誤以為殺了妻子，被迫流亡海外，並以盜夢為生。
在壹次針對能源大亨齊藤的盜夢任務中，Cobb的團隊被識破，並被齊藤要挾。齊藤以消除Cobb的罪名作為條件，讓Cobb執行針對其競爭對手的特殊盜夢任務——不是簡單的盜取想法，而是要在夢中對目標人物進行想法植入。Cobb歸家心切，於是答應。
Cobb同自己的老搭檔阿瑟重新組織團隊，吸收了新夢境設計師阿莉、藥劑師尤瑟夫、夢境演員伊姆斯。經過詳細的計劃，盜夢團隊最終決定在世界最長航班上對目標人物（小費舍爾）下手。
任務中有數層夢境，盜夢隊員層層深入，同時對抗著小費舍爾的潛意識的武裝軍隊的抵抗，最終，Cobb克服了潛意識中有關妻子的心理障礙，堅強的度過了永遠迷失在夢裏的危險，並從潛意識的邊緣就出了迷失的齊藤。
最後，大家驚現的完成植入任務，大家都醒來回到航班上。齊藤兌現承諾，Cobb能夠回家和兩個孩子團聚。