Dom Cobb (Leonardo DiCaprio) a Arthur (Joseph Gordon-Levitt) sú profesionálni zlodeji informácií. Tie získavajú vo svete zdieľaného sna zo svojich obetí, ktorá je do neho spolu s nimi zapojená pomocou špeciálneho prístroja – buď po tom, čo sama zaspí, alebo nedobrovoľne, s použitím sedatív. Cobb vo sne získava dôveru a informácie od snívajúcej obete, Arthur je architekt, ktorý vytvorí prostredie sna tak, aby všetko pôsobilo dôveryhodne a obeť netušila žiadnu manipuláciu. Postavy vo sne môžu cítiť bolesť a môžu sa prebudiť dvoma spôsobmi: buď prirodzene a bezpečne, pri pocite pádu, alebo ak v ňom zomrú, keď pravdaže – ak sú pod sedatívami – hrozí, že sa po smrti prepadnú do vegetatívneho stavu (limba), z ktorého sa už nemusia dostať. Rôznymi experimentami Cobb zistil, že vo sne možno pomocou rovnakej techniky postúpiť do ďalšieho sna, kedy čas v každej ďalšej úrovni plynie približne dvadsaťkrát pomalšie. Cobb má tiež totem – drobné točiace vretienko, pomocou ktorého môže zistiť, či sníva alebo nie (vo sne sa po roztočení nezastaví a nespadne, ale toto vie len on).

Film začína vo sne misiou – priemyselnou špionážou – na vplyvného ázijského biznismena menom Saito (Ken Watanabe), v ktorom sa Cobb a Arthur pokúšajú získať z jeho sejfu obálku s dôležitým dokumentom. Plán skrachuje potom, čo sa objaví ďalšia postava, ktorá Arthura zajme. Mal (Marion Cotillardová) je predstava Cobbovej zosnulej manželky (premieta sa do jeho sna ako určitý parazitný jav), ktorá sabotuje jeho misie a prenasleduje ho v jeho spomienkach, ktorých sa Cobb nemôže zbaviť. Saito následne oboch prekvapí, keď povie, že táto misia bola v skutočnosti len skúška ich schopností, a skutočná – oveľa náročnejšia – zákazka na nich ešte len čaká. Cieľom je Robert Fisher (Cillian Murphy), syn a dedič vlastníka obrovskej energetickej spoločnosti, ktorá je Saitovou konkurenciou. Tentoraz ale informácia – aby zdedenú spoločnosť rozdelil a rozpredal – nemá byť získaná, ale "zapísaná" – vnuknutá.

Cobb v minulosti spolu s Mal spoločne skúmali najhlbšie roviny svojho podvedomia a snov. Aby dokázali dlho snívať, použili sedatíva a raz vo sne zomreli a dostali sa do takzvaného "limba", kde si v priebehu veľmi dlhej doby vybudovali svoj svet. V limbu je človek, kým nezomrie, ale Cobb s Mal to nevedeli, preto tam žili veľmi dlho a Mal stratila pojem o realite. Cobb ju o tom sám nedokázal nijako presvedčiť, tak sa uchýlil k tomu, že jej túžbu prebudiť sa z tohto sna (pomocou vlastného usmrtenia) implantoval rovnakou technikou, ktorá má byť teraz použitá na Fishera. Problém bol, že toto nutkanie prenasledovalo Mal ďalej aj potom, čo sa prebudila do reálneho sveta. Zavolala si ho do horného poschodia hotelovej izby, z ktorého chcela skočiť a snažila sa Cobba presvedčiť, aby ju nasledoval (pomocou falošného obvinenia z domáceho násilia, ktorú – v obálke, ktorá mala byť otvorená po jej smrti – predtým odovzdala svojmu právnikovi). Cobbovi sa nepodarilo Mal od skoku odradiť. Mal sa pádom zabila a po otvorení listu Cobbovi neostalo nič iné než utiecť z krajiny a žiť v anonymite. Ak sa však táto misia podarí, Saito mu váhou svojho veľkého vplyvu zabezpečí oslobodenie spod všetkých obvinení, takže sa bude môcť znovu stretnúť so svojimi deťmi. Táto motivácia ho teda ženie k tomu, aby misiu prijal a úspešne ju dokončil.

Cobb zostaví pre túto misiu nový tím. Najme ďalšieho architekta – študentku Ariadne (Elliot Page), odporúčanú jeho svokrom, ďalej Eamesa (Tom Hardy), človeka schopného sa vo sne prevteliť do iných postáv a tým získavať dôverné informácie, a Yusufa (Dileep Rao), chemika, ktorý pre neho vyvinie špeciálne sedatívum, spôsobujúce umŕtvenie celého tela okrem oblasti stredného ucha, takže spiaci človek stále dokáže rozoznať, že padá. S týmto tímom vymyslí scenár, pozostávajúci zo snívania v troch úrovniach (sen vo sne vo sne) a svet každého z nich Ariadne navrhne. Fisherovi budú vštepené podnety, pôsobiace na jeho podvedomie, ktoré majú v dôsledku spôsobiť, že zdedenú spoločnosť rozpredá. Tím, vrátane Saita, ktorý do sna ide skôr zo zvedavosti, potom bude musieť tento scenár dodržať. Aby misia bola úspešná, musí navyše dôjsť k synchronizovanému vzbudeniu (tzv. nakopnutie) zo všetkých troch úrovní súčasne. Toto sa má dosiahnuť tým, že pri vstupe do každej ďalšej úrovne jeden z členov tímu zostane v tej súčasnej a ostatných vo dohovorený okamih zobudia (vzbudenie bude vyvolané ich pocitom, že padajú). Nahromadeným okamihom pritom bude 10, 200 a 40000 sekúnd v 1., 2., resp. 3. úrovni sna od momentu, kedy pustí do uší majiteľa príslušného sna pesničku (tá má schopnosť prestúpiť aj do jeho sna, takže v jeho svete bude počuť).

Príležitosť sa im naskytne, keď Fisherov otec umiera a on poletí desaťhodinovým letom zo Sydney do Los Angeles (leteckou spoločnosťou, ktorú kvôli tejto akcii Saito odkúpil). Cobb do Fisherovho nápoja vleje sedatíva a tím spolu s ním vstúpi do sna, ktorého architektom je Yusuf.

Sen sa odohráva v daždivom veľkomeste. Tím má 10 hodín na to, aby Fishera uniesli. Táto časť ide prekvapivo ľahko. Arthur ukradne taxík, Fisher do neho nastúpi, potom pristúpia ešte Yusuf a Eamon a majú ho. Fisher však prekonal špeciálny výcvik proti zlodejom ako je Cobb, takže v jeho snoch sa objavujú zabijaci, ktorí sa ho snažia zastreliť, aby sa prebudil. Zabijakom sa podarí zraniť Saita, čo situáciu skomplikuje, ale tím musí pokračovať. Arthur zo svojho prieskumu zistil, že Fisherov otec cítil voči svojmu synovi sklamanie, a tiež, že veľmi blízko k obom mal Fisherov kmotor, Peter Browning (Tom Berenger) a jeho slovo začalo naberať na váhe aj v spoločnosti. Eames, ktorý mal za úlohu Browninga sledovať a naučiť sa jeho zvyky, na seba vezme jeho podobu. Fishera privezú do opusteného skladu a požadujú po ňom kombinácii k akémusi sejfu, o ktorom on nemá ani tušenie. Potom vedľa neho pripútajú Browninga (Eames), ktorého údajne už dva dni mučili, a ten mu povie o závete, anulujícom ten súčasný, ktorý má v tom sejfe byť. Po ďalšom nátlaku na kombináciu Fisher povie náhodné číslo. Únoscovia ho obratom posadia do dodávky a predstierajú, že s ním idú do firmy obsah sejfu vybrať, ale po ceste ho uspia a všetci, okrem Yusufa, vstupujú do sna 2. úrovne, ktorého architektom je Arthur. Úlohou Yusufa v prvej úrovni je odolať prípadným ďalším útokom Fisherových zabijakov a po presne určenom intervale s dodávkou preraziť zábradlie mosta a spadnúť do rieky. (Samotný pád je dôležitý preto, aby všetky v správny okamih prirodzenou cestou vzbudil).

Zvyšok tímu sa ocitá v hoteli, v ktorom sa odohráva 2. úroveň sna. Cobb sa štylizuje do úlohy Fisherovho ochranca, ktorý mu dal špeciálny výcvik a snaží upokojiť jeho podvedomie. Prezradí mu, že sníva a Fisher sa chce zastreliť, ale Cobb mu to vyhovorí s tým, že únoscovia na neho použili sedatíva, takže keby zomrel, dostal by sa do limba. V tomto sne sa Cobbovi na chvíľu objaví pred očami jeho deti, ale ovládne sa a podarí sa mu nakoniec získať Fisherovu dôveru a doviesť ho bezpečne do hotelovej izby položky zodpovedajúcej prvým trom čísliciam kombinácie, ktorú v predchádzajúcom sne uviedol. Tam je chvíľu po ňom Cobbovými ľuďmi dovlečený aj Browning (Eames), ktorý sa po krátkom výsluchu prizná, že únos v prvej úrovni zinscenoval on. Cobb navrhne, aby sa Fisher ponoril do jeho mysle a zistil tak jeho skutočné úmysly, a ten súhlasí. Všetci okrem Arthura sa usadia na stoličky, nachystané tak, aby ich mohol Arthur zhodiť (nakopnúť pre prebudenie) a vstúpi do sna 3. úrovne, ktorého architektom je Adriadne. Na Arthura však následne zaútočia Fisherovi zabijaci a on s nimi musí bojovať. Počas toho Yusuf uteká zabijakom v prvej úrovni a pritom búra, naráža do ostatných áut a v jednom okamihu sa s dodávkou dokonca prevalí cez strechu. Pretože v aute je aj spiaci Arthur (ktorý je architektom druhej úrovne), všetky tieto efekty sa premietajú do jeho sna, takže počas jeho súboja so zabijakmi v 2. úrovni v hoteli tam poletujú veci a dochádza k zmenám gravitácie. Arthur je na to však, na rozdiel od svojich protivníkov pripravený, a v boji tieto efekty využíva vo svoj prospech.

Tretia úroveň sna je situovaná do zasneženej horskej krajiny, ktorej dominuje pevnosť poskytujúca vo svojich útrobách trezorovú miestnosť s tajomstvom, ktoré chce Fisher odhaliť. V pevnosti sú zabijaci, ktorí sa k nemu snažia dostať, preto strieľajú po Cobbovom tíeu. Fisher si však myslí, že je to ochranka pevnosti. Snažia sa dostať do pevnosti k trezoru, Eames má navyše za úlohu pevnosť podmínovať a tesne pred okamihom prebudenia rozbušky odpáliť. Plán sa spočiatku darí, ale potom sa problémy nakopia. Predovšetkým, čas pre dokončenie sa skrátil, keď Yusuf v 1. úrovni zišiel s dodávkou z mosta skôr ako mal (dodávka bola pod silnou paľbou zabijakov). To bolo prvé kopnutie (malo ich zobudiť z prvej úrovne), ktoré však premeškali. Ako následne dodávka padala z mosta, vznikol v nej stav bez tiaže, ktorý sa premietol do Arturova sna, takže v celom hoteli (2. úroveň) vznikol tiež stav beztiaže a on tam musí vyriešiť problém, ako nakopnúť spiaci tím bez gravitácie (pre nakopnutie musí na človeka pôsobiť preťaženie spôsobené pádom). To nakoniec vyrieši tak, že tím odtiahne do výťahu, na ktorý zospodu pridelí výbušninu. Nakopnutie prebehne odpálením výbušniny a zrýchlením výťahu vo výťahovej šachte. V 3. úrovni Saito ďalej nie je schopný pre svoje zranenia pokračovať a do Cobbovho vedomia sa v ten najnevhodnejší okamih votrie Mal a zastrelí Fishera (potom je zlikvidovaná). Saito ešte odrazí útok zabijakov granátom ale potom už spolu s Fisherom upadá do limba. Fisherovou smrťou sa misie zdá byť prehraná, ale Ariadna dostane nápad zostúpiť pre Fishera do limba, v nej ho zabiť a tým sa ho pokúsiť prebudiť do tejto úrovne. Je to veľmi riskantné, pretože Eames bude musieť rozmiestniť výbušniny sám, ale nemajú na výber. V limbu totiž plynie čas (proti reálnemu času) ešte oveľa rýchlejšie ako v normálnom sne, takže ten, kto zostane v limbu tam môže prežiť aj celý život (kým neumrie) a môže si začať myslieť, že tam je realita. Keď sa potom v reálnom svete vzbudí, myslia si, že je vo sne.

Ariadna a Cobb zostúpi do limba, v ktorom predtým Cobb trávil veľa rokov s Mal. Tu sa Ariadna dozvie o Malinej smrti a Cobbových výčitkách s ňou spojených. S Mal sa stretnú v izbe vysoko nad zemou. Mal sa Cobba snažia presvedčiť, aby v jej svete zostal a ten súhlasí, tak mu povie, že Fisher je na balkóne. Potom však Cobb povie Mal, že to nemyslel vážne, že ona je len jeho projekcia a že tam nezostane a ona na neho zaútočí nožom. Adriadna pohotovo zareaguje a zastrelí ju. Na balkóne izby nájdu Fishera. Ariadna ho zhodí dole a skočí za ním. Obaja sa zabijú dostane sa do tretej úrovne, kde Fishera zatiaľ resuscitovali.

Fisher sa prebudí do 3. úrovne sna a tesne pred vypršaním času do synchronizovaného vzbudenie sa konečne dostáva do trezorovej miestnosti. V nej sa stretne so svojím otcom na smrteľnej posteli. Ten, pred tým, než skoná, otvorí malý trezor so závetom a povie mu, že jeho sklamanie nad ním nebolo z toho, že sa mu nevyrovnal, ale že sa o to márne pokúšal, namiesto toho, aby šiel svojou vlastnou cestou. Tým je implantovanie myšlienky na rozpredaná spoločnosti, ktorú zdedil, zavŕšené.

Okamih synchronizovaného prebudenia sa naplnil. Eames spúšťa detonáciu základov pevnosti, veža v ktorej sú, začne padať a všetci sa zobudia do druhej úrovne. Tam Arthur odstrelil výťah, takže sa všetci prebudia do 1. úrovne. Dodávka spadne z mosta, jej náraz na hladinu spôsobí prebudenie všetkých členov tímu i Roberta Fishera na palube lietadla v reálnom svete.

Cobb zostáva v limbu – musí nájsť Saita. Ten však predtým zomrel i v predchádzajúcich dvoch úrovniach a kvôli rôzne rýchlemu plynutiu času už v limbu zostarol a skoro zabudol, že je len vo sne. Keď sa k nemu Cobb dostane, všetko mu vysvetlí a Saito sa zastrelí a prebudí sa v lietadle.

Ak by Saito nesplnil svojmu sľubu, bol by Cobb hneď na letisku zadržaný. Ale dostáva sa cez výstupnú kontrolu, kde ho víta jeho svokor, ktorý ho dováža k jeho deťom. Cobb skúsi test reality pomocou svojho vretienka, ale volanie jeho detí ho vyruší tak, že k nim beží, bez toho, aby čakal na výsledok. Nakoniec je vidieť záber na točiace sa vretienko na stole, ktoré sa sem tam zatrasie, akoby sa malo za chvíľu zastaviť, ale stále sa točí...