美国时间，七月十五日晚上十点，洛杉矶的某剧场前灯火通明，所有人都知道，一会七月十六日零点的时候，将是《盗梦空间》的全球同步映式，剧场前的红地毯两侧，已经被过三千名影迷所包围了。
虽然《盗梦空间》的主演们都聚集在了洛杉矶，但世界各地并没有因为缺少了主演们就对于映式不重视，相反，这个全球直播的映式，吸引了世界各地过千万人的瞩目，更有许多影迷提前两天就带着帐篷和野营用具在映场地前面驻扎了，由此可见《盗梦空间》所向披靡之势了。
经过了短暂的红地毯之后，《盗梦空间》终于正式开始了，只是影片的开头，就彻底地让不少的观众糊涂了。浑身是伤的莱昂纳多躺在海水里，眼前依稀还可以看到两个小孩子正在玩沙子，但转眼间，两个孩子就不见了，一个士兵用枪指着莱昂纳多，说着一堆不明所以的日语，紧跟着画面一转，莱昂纳多被带到了一个宫殿里，坐到了一个老者的面前，再一转眼之后，优雅的渡边谦约瑟夫.莱维特和莱昂纳多，三个人又出现在了同一个环境里，享受着牛排红酒。
这画面转换太快，大家还没有来得及想清楚是怎么回事，就有一大堆信息从画面上传达了过来，唯一让人明白的可能就只有目前出现的三个主要人物的名字了。虽然知道这是一个高深莫测的故事，虽然知道这是一个关于梦的故事，但电影的开头确实有点让人丈二和尚摸不着头脑。
随着剧情的前行，观众才渐渐明白了起来，莱昂纳多?迪卡普里奥饰演的道姆?科布其实是一个经验老道的窃贼，在人们精神最为脆弱的时候，他潜入别人梦中，窃取潜意识中有价值的信息和秘密。
在一次任务中，科布和他的同伴亚瑟（约瑟夫?高登?莱维特饰），因科布的潜意识——科布的亡妻茉儿（李恩珠饰）的阻扰，未能成功窃取雇主所需要的资料，从而面临着两天之内被杀的危险。为了保命，他们的另外一个同伴把他们出卖给了之前他们窃取梦境的对象——斋藤（渡边谦饰），斋藤找到科布和亚瑟，希望他们能够为自己服务，也就是找到全球垄断巨头的儿子费舍尔（李寒饰），在费舍尔的头脑中植入遣散公司的意念，从而消灭自己的竞争对手，如果成功，将带他回国。
由于科布迫切地想回家见自己的儿女，他答应了斋藤的请求，找到了“伪装者”埃姆斯“药剂师”优素福“造梦师”阿里阿德尼。买下了整个航空公司，让费舍尔的私人飞机故障检修，然后在费舍尔飞往洛杉矶的途中实施了这个计划。
科布等一行六人将费舍带入了事先造好的梦境，对费舍尔进行意念的培养，然而费舍尔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，他们受到费舍尔潜意识保卫队的猛烈攻击，斋藤受伤。但最后，科布一行人成功地将遣散公司的意念植入费舍尔脑中，化解了费舍尔与其父亲的矛盾。在这中间，科布又受到了爱妻茉儿的阻挠，使计划几乎失败，但科布最终战胜了自己，摆脱了自己头脑中亡妻幻影的诱惑，坚强地度过了永远迷失在梦里的危险，并从潜意识的边缘救出了迷失的斋藤。造梦团队顺利地完成任务了，而斋藤也没有遗忘约定，用一通电话解决了科布的后顾之忧，重新回到美国境内的科布，顺利地洗清了罪名，回到了家。
在电影的最后，和孩子们重逢的科布，再次转动了测试究竟是梦境还是现实的陀螺，这究竟是科布的梦境，还是他真实地回到了现实----完成了回家的梦想。
只是电影在这里留给了观众一个悬念，到底是在现实，还是梦境?克里斯托弗.诺兰没有给出答案，在桌子上的陀螺不断转动着的时候，让所有人以为答案就要出来的时候，电影结束了！整部电影就在这样一个大大的悬念之中，落下了帷幕。
在电影结束之后，现场陷入了长达二十秒的沉默，许多人还没有能够从电影所带来的震撼里走出来，大脑还在对诺兰所构建的世界进行解读，有的人看明白了，有的人则是糊里糊涂的，但没有人会否认，克里斯托弗.诺兰又再次为所有人献上了一部优异的作品。