恐怖片《墓地邂逅》在追求刺激的年轻人中间引起不小轰动，这些人中，就读于某大学电影学院的埃里克斯·怀特（理查德·哈蒙 Richard Harmon 饰）对其推崇备至，他志愿拍出一部同样经典且超级恐怖的影片。2011年万圣节后，埃里克斯根据YouTube上某个用户留下的信息，尝试追索纪录关于《墓地邂逅》拍摄背后的一切，却惊讶地发现这部影片其实是一部真实的纪录片，而剧组成员早就死于那场灾难。
为此他不惜暂时停下手头工作，与好友兼剧组成员特雷夫·汤普森（迪兰·普雷菲尔 Dylan Playfair 饰）、女主角特莎·海米尔（斯蒂芬妮·班尼特 Stephanie Bennett 饰）和摄影师杰瑞·李（Howie Lai 饰）驱车前往那间位于加拿大某处的精神病院。等待他们的将是……

故事发生在大断电30年后。复制人K（瑞恩·高斯林 Ryan Gosling 饰）是新一代的银翼杀手，在如今的世界里，人类和复制人之间的界限划分的更加明确，复制人从刚一制造出来就被灌输了服务于人类的思想，绝对不被允许产生人类的感情。
某日，一具女性复制人的遗骨被挖掘了出来 ，令陆军中尉乔什（罗宾·怀特 Robin Wright 饰）感到震惊的是，这名女性复制人生前不仅怀过孕，还将孩子生了下来，这个孩子的存在将会彻底破坏政府苦心经营的规则和秩序。乔什命令K找出这个孩子，并将他杀死。在一间废弃的农场里，K发现了一些线索，然而，这些线索竟然和他被植入的过去的记忆有着千丝万缕的关联。与此同时，复制人尼安德（杰瑞德·莱托 Jared Leto 饰）和他的手下拉芙（西尔维娅·侯克斯 Sylvia Hoeks 饰）也在寻找着这个孩子的下落。

警探雷•维尔克鲁（科林•法瑞尔 Colin Farrel 饰）在加州芬奇市工作，跌入人生谷底消沉多年，他离异，酗酒，脾气暴躁。他是当地黑帮头目弗兰克•谢苗（文斯•沃恩 Vince Vaugh 饰)的手下，弗兰克多年前除掉了强奸雷妻子的男人。他为谢苗干一些零活, 比如殴打 了一个最近写了一系列组织犯罪事件的记者。维尔克鲁最近的活儿是找到失踪数日的市政执行官本•卡斯帕雷的下落。文图拉县警长安妮•贝德拉丝（瑞秋•麦克亚当斯 Rachel McAdams 饰）在工作上很成功，却疏远了她从事色情主播的妹妹阿西娜以及她身为新宗教领袖的父亲。加州高速公巡警保罗•沃德拉夫（泰勒•克奇 Taylor Kitsch 饰）得知他被停职处理，一个年轻女人谎称他要求和她性交易才能放行。
一天深夜，一男子被发现端坐在高速路边的长椅上已经离奇死亡，三位来自不同城市和不同政府机构警察汇聚在一起联手侦查此案。在调查过程中，他们逐渐发现案子远比他们设想的复杂得多。