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），因科布的潜意识—科布的爱妻莫尔（玛丽昂·歌迪亚）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-齐藤（渡边谦），齐藤找到科布和亚瑟，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（希里安·墨菲 ），在费舍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。由于科布迫切的想回家见自己的儿女，他答应了齐藤的请求，找到了“伪装者”埃姆斯、“药剂师”优素福、“造梦师”阿里曼德尼。齐藤炸毁了费舍的私人飞机，买下了整个航空公司，然后在费雷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，对费舍进行意念的培养，然而费舍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，他们受到费舍潜意识保卫队的猛烈攻击，齐藤受伤。但最后，成功的将遣散公司的意念植入费雷脑中，化解了费雷与其父亲的矛盾。在这中间，科布受到了爱妻莫尔的阻挠，使计划几乎失败，但科布最终战胜了自己，摆脱了自己头脑中爱妻幻影人物的诱惑，试图带回齐藤。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?