故事讲的是男主角柯布从一个沙滩中醒来。身边的士兵将他挟他去见一个日本的老人。他将一个铁陀螺在桌子上面一转，铁陀螺一直转不倒。在这时，老人突然说话，“你是不是来杀我的？

接着电影的镜头转向了另一个故事情节。柯布带着他的梦境团队潜入了一个名叫齐藤的能源老总，不过柯布的团对并不知道，齐藤也接受过反盗梦的专业训练。经过与齐藤的几番较量，柯布的盗梦行动还是失败了。他们暴露了自己，为了消除自己盗梦的罪名，齐藤说出了交换的条件，这个条件就是让柯布去潜入竞争者儿子梦境。这次任务可不是普普通通简单的盗取梦境中的信息，而是要在竞争者儿子的梦境中植入一个想法，为了能回到家中，柯布答应了。　

由于任务的困难性，柯布重新编制了团队，找到了之前的老友并合作，也找到了一名极具天赋的学生来设计梦境，后来也找到一名优秀的化学家来设计催命的药物。有了优秀的团队，在经过他们严密布置的计划。他们在能源老总齐藤的安排下，选择了在世界上最长的航班对其齐藤竞争者的儿子小费舍尔动手。

为了要在小费舍尔的梦境中植入想法，要想要做到这点，他们必须达到任务中的梦境层数，也就是第三层梦境。但是，当他们每一下层梦境，时间就会减速。与此同时，他们还要对抗小费舍尔梦境中的反抗队伍。不仅如此柯布还有自己特殊的敌人，那就是他潜意识中的妻子。最终，柯布克服了心理的难关。度过了梦中最难的时刻，并且救出了身处于潜意识边缘的齐藤
任务最终圆满完成，所有人都重新清醒在原来的飞机。于此同时，齐藤也从潜意识中清醒了过来，拨通了赦免柯布的电话，兑现了自己的诺言。　

任务最终圆满完成，所有人都重新清醒在原来的飞机。于此同时，齐藤也从潜意识中清醒了过来，拨通了赦免柯布的电话，兑现了自己的诺言。　
飞机降落，柯布回到家中，熟悉的景象再次映入眼帘，但这一次，不再是那个看不到孩子们正脸的梦境了，孩子们终于回头了，柯布与孩子们再次重逢。

在这温馨的一刻，大家可能都觉得这个故事终于画上了一个圆满的句号。就在这时，柯布拿出了他的那枚铁陀螺，并将它旋转在桌子上，转身便去院子陪孩子了。可那颗旋转的陀螺究竟有没有倒下？柯布是否还在梦境中？直至故事结束，我们也没有能清楚。