O enredo do filme gira em torno de Dominic Cobb e sua equipe, que precisam convencer o futuro herdeiro de uma grande corporação a abrir mão da herança de seu pai. Cobb é contratado pelo empresário Saito, mas, para realizar tal negócio, Dominic precisa recrutar uma equipe, que deve ser composta apenas por profissionais. Juntamente com seu parceiro Arthur, Cobb chama para sua equipe um arquiteto que construirá sonhos, uma jovem estudante Ariadne, um homem que pode mudar sua aparência em um sonho — Eames e o farmacêutico Yusuf, que criou um sonífero para imersão profunda no sono. Para que a operação seja bem-sucedida, Saito promete resolver todos os problemas de Cobb com as autoridades, que estão procurando por ele sob suspeita de ter assassinado sua esposa.
Apesar de Arthur afirmar que tal apresentação é impossível, Cobb insiste em sua própria e garante a todos que já realizou uma operação semelhante com sua falecida esposa. E eles têm uma boa chance de fazer com que Maurice Fisher aceite a ideia de renunciar à herança de seu pai.
Ao mesmo tempo, durante o treinamento de Ariadne em seu próprio sonho, Cobb e a garota encontram a projeção de sua esposa Mol e, a partir desse momento, a garota suspeita que Dominic não consegue controlar seus sonhos.
Durante a operação em si, os rapazes têm uma grande e desagradável surpresa, que nenhum deles levou em conta. Durante o primeiro sonho, a equipe é ferozmente atacada pelos guardas de Fisher, que atuam como uma barreira para os extratores. Depois de perceberem que Maurice foi treinado para impedir os extratores, os garotos percebem que caíram em uma armadilha. Devido às potentes pílulas para dormir, a operação não pode ser cancelada e, se um dos membros da equipe for morto, ele não acordará, mas cairá em um limbo, no qual poderá ficar preso para sempre, privado de sua mente.
