多姆·柯布（莱昂纳多·迪卡普里奥饰）是一个经验老到的窃贼。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，柯布和他的同伴亚瑟（约瑟夫·高登·莱维特饰），因柯布的潜意识——柯布的亡妻梅尔（玛丽昂·歌迪亚饰）的阻挠，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），斋藤找到柯布和亚瑟，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。由于柯布迫切地想回家见自己的孩子，他答应了斋藤的请求，找到了“伪装者”埃姆斯、“药剂师”尤斯福、“造梦师”阿里阿德涅。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。

柯布等一行六人将费舍尔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，柯布又受到了爱妻梅尔的阻挠，但柯布最终战胜了自己，摆脱了自己头脑中亡妻幻影的迷惑，并找到了迷失的斋藤。