1979年，昆仑山发生神秘生物骸骨，由胡八一（赵又廷 饰）率领的探险队深入昆仑山腹地，寻找有关古生物遗迹的更多秘密，却不料在这个过程中遭到不同神秘生物的轮番攻击，并意外坠入九层妖塔，除胡八一外，一行人生死成谜。
胡八一退伍后回到北京，重逢了发小王凯旋（冯粒 饰），并在神秘人（李晨 饰）与科考队（凤小岳、唐嫣、李光洁 饰）两股力量的夹缝中重新踏上了探寻未知文明的征程，途中与Shirley杨（姚晨 饰）邂逅，熟识的面孔唤醒了他身处探险队那段日子的记忆。此行凶险，在还没来得及搞清楚Shirley的真实身份之际，胡八一、Shirley、王胖子率领一行人便在王子墓、石油小镇等地遭到不明生物的轰炸，这里所发生的一切再度指向九层妖塔，而这次等待他们的，将是一个尘封已千年的未解之谜……

海港城北区分局破案王陈在天（周渝民 饰），误跟邱局长的千金上床，而申请调到南区分局工作。在这里，他遇到了性情火爆的拍档吴英雄（赵又廷 饰），后者正在调查毒品dreamer的犯罪团伙。由于陈在天被检验科分析师蓝西英（张钧宁 饰）查出体内含有dreamer成分，而被视为毒物 。加之他平时轻浮放荡的表现，也让吴英雄十分不爽。在办案中，两人结识了三联帮帮主的千金陈琳（陈意涵 饰），三人不打不相识，并在办案中产生感情。在地铁追捕Dreamer罪犯时，陈在天救了陈琳，但后者却认为是吴英雄所为，并对他产生了好感。然而，几次阴差阳错之后，她却慢慢爱上了陈在天。不过，陈在天总是躲闪不敢接受，因为他内心一直纠结于自己的身世之谜。然而，这些人却先后卷入了一场由萨克奇恐怖组织导演的阴谋之中……
本片获得金钟奖最佳影片、最佳导演，赵又廷凭借此片获封金钟奖视帝。