Dom Cobb dan Arthur dikenal sebagai "extractor", pencuri pikiran profesional yang menggunakan teknologi berbagi mimpi untuk menyusup ke alam bawah sadar orang dan mencuri rahasia mereka. Dalam misi terbarunya, mereka menargetkan seorang pengusaha kaya bernama Saito.

Bukannya marah, Saito justru kagum pada kemampuan Cobb dalam membuat mimpi bertingkat, mimpi di dalam mimpi. Ia kemudian menawari Cobb sebuah pekerjaan gila: bukan mencuri ide, tapi menanamkannya, melakukan "inception" pada Robert Fischer, anak dari pesaingnya, Maurice Fischer. Saito menjanjikan sesuatu yang tak bisa ditolak, yaitu menghapus status kriminal Cobb supaya ia bisa pulang dan bertemu lagi dengan anak-anaknya.

Cobb pun menerima tawaran itu dan membentuk tim impiannya: Eames si pemalsu ulung, Yusuf sang ahli kimia, dan Ariadne, mahasiswi arsitektur jenius yang ditugaskan mendesain dunia mimpi mereka. Cobb sendiri tak bisa melakukannya karena takut gangguan dari proyeksi mendiang istrinya, Mal.

Setelah Maurice Fischer meninggal, mereka menidurkan Robert dalam tiga lapisan mimpi yang dilakukan di dalam pesawat menuju Amerika, yang dibeli langsung oleh Saito. Di setiap lapisan, waktu berjalan jauh lebih lambat, dan setiap anggota tim harus tetap di sana untuk memicu "kick" yang disinkronkan dengan lagu Prancis "Non, je ne regrette rien" agar semua bisa terbangun bersamaan.

Namun rencana mereka tak berjalan mulus. Saat menculik Robert di dunia mimpi pertama, alam bawah sadarnya mulai melawan. Proyeksi pikirannya yang sudah terlatih menyerang tim, membuat misi jadi kacau.

Saito terluka parah, dan Cobb akhirnya mengaku bahwa jika mereka mati di dalam mimpi ini, mereka tak akan bangun, tapi jatuh ke "Limbo", dunia tanpa batas di dalam pikiran manusia. Demi menanamkan ide dengan halus, Eames pun menyamar sebagai Peter Browning, ayah baptis Robert, dan mulai memengaruhi pikirannya tentang surat wasiat baru yang akan membubarkan perusahaan keluarga Fischer.

Tapi dengan kondisi makin berantakan dan waktu yang terus berjalan lambat di tiap lapisan, apakah Cobb dan timnya bisa keluar dari mimpi sebelum terjebak selamanya di Limbo?