阿洛佐（丹泽尔•华盛顿 Denzel Washington饰）是美国毒品缉查部的黑人警探，经验丰富，查案出色，对毒品案件有着敏锐的嗅觉。人称“魔幻之眼”。这天阿洛佐的部门来了一个新同事杰克（伊桑•霍克 Ethan Hawke 饰），杰克跟随阿洛佐深入到街头的每一个阴暗角落，发现这个城市光怪陆离的同时，也慢慢见识了阿洛佐亦正亦邪的办案手法。
阿洛佐虽然身为警探，手段却游走在法律边缘。他秉持“以毒攻毒”的原则，先把自己武装起来：没收罪犯的毒品自己服下，用枪指着杰克命令他跟着照做，他与贩毒分子甚至有着某种不寻常关系。但另一方面，他却奋力保护杰克这个年轻人，复杂的性格让杰克对这个神探上司捉摸不透。

道姆·柯布（莱昂纳多·迪卡普里奥 Leonardo DiCaprio 饰）与同事阿瑟（约瑟夫·戈登-莱维特 Joseph Gordon-Levitt 饰）和纳什（卢卡斯·哈斯 Lukas Haas 饰）在一次针对日本能源大亨齐藤（渡边谦 饰）的盗梦行动中失败，反被齐藤利用。齐藤威逼利诱因遭通缉而流亡海外的柯布帮他拆分他竞争对手的公司，采取极端措施在其唯一继承人罗伯特·费希尔（希里安·墨菲 Cillian Murphy 饰）的深层潜意识中种下放弃家族公司、自立门户的想法。为了重返美国，柯布偷偷求助于岳父迈尔斯（迈克尔·凯恩 Michael Caine 饰），吸收了年轻的梦境设计师艾里阿德妮（艾伦·佩吉 Ellen Page 饰）、梦境演员艾姆斯（汤姆·哈迪 Tom Hardy 饰）和药剂师约瑟夫（迪利普·劳 Dileep Rao 饰）加入行动。在一层层递进的梦境中，柯布不仅要对付费希尔潜意识的本能反抗，还必须直面已逝妻子梅尔（玛丽昂·歌迪亚 Marion Cotillard 饰）的处处破坏，实际情况远比预想危险得多……