因为丧妻之痛长期受到精神折磨而不能自拔的科布，终于得到了最后救赎的机会。在听说盗梦者的手段之后，富可敌城的富商斋藤决定秘密雇佣科布，对自己未来最大的商业竞争对手——亿万富二代小罗伯特·费舍尔下手。与以往不同的是，科布需要完成的是一个被称为“思想植入(Inception)”的不可能任务。也就是说，他需要做的不是简单的窃取点子，而是要反其道而行之，往费舍尔的脑海中植入一个念头，且不留下任何痕迹。如果成功，费舍尔将“自愿”做出一个违背本意的选择，他家族的商业王国也会从此一蹶不振。毫无疑问，无论从技术还是从难度来说，这都必须是一次完美的犯罪。
庞大的计划，需要一支精英团队作战。科布的“盗梦梦之队”，包括老搭档亚瑟、教会科布盗梦基础的岳父迈尔斯、药剂师犹瑟夫、随时随地变形的伪装者厄姆斯、还有新近加入的建筑师阿莉阿德涅，个个都是精兵强将。当意念可以创造梦境、伪造身份、建筑城市，甚至打破并改写整个世界已知的规则，危险，也接踵而至。在费雷飞往洛杉矶的途中这个计划开始实施。科布等一行六人将费雷带入了事先造好的梦境，对费雷进行意念的培养，然而费雷先前曾受过防止在梦中被袭击的专业训练，于是在第一层梦境中，他们受到费雷意念里保卫队的猛烈攻击，但在他们机智的与保卫队周旋后，他们最终成功进入第二、三，甚至第四层梦境，成功的将遣散公司的意念植入费雷脑中，化解了费雷与其父亲的矛盾。在这中间，科布受到了前妻莫尔的意念的阻挠，使计划几乎失败，但科布最终战胜了自己，摆脱了自己头脑中前妻幻影人物的诱惑，进入另一层梦境，试图带回斋藤。电影在最后留给大家一个悬念。科布在“回到现实”与儿女团聚之后，用陀螺测试是否还在梦境中，电影突然结束，引人无限遐想。