男主小李子和他的妻子茉兒是造夢世界的先驅者，為了更加深入的研究人們的夢境，他們不斷的進入夢中夢，即在夢中再進行做夢，不斷的進入夢境的下一層。
由於人們在夢中大腦會高速運轉，所以在夢中的一小時僅為上一層夢境的五分鐘，也就是相對時間慢了12倍。
他們深入到第四層夢境，卻忘記了自己來的目的，他們在夢中建造了屬於自己的世界，並在第四層夢境中生活了大約50年，直至他們在第四層夢境中老死過去，他們才醒了過來，因為現實5分鐘等於夢中1小時，越是夢中夢，時間相差越大，因此現實中的他們其實只睡了一天而已。
由於他們使用了鎮靜劑，所以無論在哪一層夢中死去都不會醒來，而是進入迷失域，之後記憶會受到影響，想不起怎麼回去。
小李子利用妻子的圖騰陀螺，證明了這裡並非現實，於是給妻子植入了一種“懷疑一切”意念，成功說服妻子臥軌自殺，一起回到了現實。
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由於他們在睡前注射了鎮定劑，假如他們睡了20個小時，那麼第四層夢境的時間就為：20×12×12×12×12=414720小時，即為47年。
蒼老的靈魂重新回到了年輕的軀體，小李子發現了自己的老婆茉兒有點不對勁，茉兒開始懷疑這個世界，她覺得這個現實世界並不是真的，也是在夢境之中，她必須醒過來回到她所謂的“真實的世界”，於是她強迫小李子跟她一起自殺，回到屬於他們真實的世界。
於是，茉兒想出來一個計劃，在他們結婚紀念日，她留下了遺書，寫到她的丈夫小李子一直威脅她的生命，使她沒有出路只得自殺，並找了3個心理醫生證明她未患有精神疾病，她想借此逼迫小李子跟她一起自殺。最終小李子沒有跟她一起跳下去，小李子懷有深深的自責，並且因為那份遺書，他受到美國警方的指控，不得已小李子逃亡海外。
逃亡國外的小李子，和他的好基友亞瑟靠接私活賺錢為生，這一天他受到科博公司的委託，潛入日本大富豪齋藤的夢中盜取重要情報。但是被小李子潛意識裡的妻子茉兒破壞了計劃，小李子只得殺了好基友亞瑟（使亞瑟在夢中醒了過來），然後倉促的離開了夢境。
他們回到了上一層夢境之中，小李子拿著槍逼迫日本大富豪齋藤說出秘密的時候，把齋藤一拳揍倒在地毯上，齋藤卻剛好發現了小李子他們構造的夢境的一個瑕疵，他發現地毯是滌綸而不是羊毛的，從而齋藤發現自己仍然在做夢，在夢中，從而小李子團隊的這次盜夢行動徹底失敗。
他們全都醒了過來，回到了現實世界當中—在日本東京的一列高鐵上。小李子給他的團隊分了酬金，然後宣佈計劃失敗，各自躲避僱傭公司—科博公司的追殺。
晚上小李子拿起了手槍，盯著自己的陀螺(這個陀螺是她的妻子茉兒留給他的，用來區分現實與夢境，如果陀螺一反常態一直旋轉下去，那就說明他處於夢境之中，如果慢慢停下，就說明他處於現實)，他使用陀螺區分了夢境與現實，如果是在夢境之中，小李子會毫不猶豫的自殺以醒來，他不想像當初一樣，迷失在夢境中。
此時他接到遠在美國的自己兒子和女兒，他們問小李子什麼時候能再見到爸爸，小李子非常想回國，但由於“謀殺”在身，他回不去了。
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