伊万(艾什顿·库奇 Ashton Kutcher饰)曾经有一个糟糕的童年，因为他行为闯下了大祸，令他童年充满不堪回忆的往事。而事实上，他确实只是依稀记得一点的情景，这些情景一直纠缠着他的正常生活。伊万接受心理学家，把琐碎生活记在记事本里，却偶然发现通过记事本回到过去。
这时他才清楚记起，童年时候的自己做了那么多的错事。他幻想着用现在的意识，潜入童年的身体，去弥补种种给人们带来的，尤其是希望与当年暗恋的凯西最终走回一起。然而他一次次的跨越时空的更改，只能越来越招致现实世界的不可救药。一切就像蝴蝶效应般，牵一发而动。
麦克(布鲁斯·威利斯饰)是著名儿童心理学家，却也有始终未能治愈的患者，甚至因此遭到枪杀，这名少年随后也饮枪自毙。这给麦克带来很大心理阴影，一年后他找到另一个症状很像这名患者的男孩柯尔(海利·乔·奥斯蒙饰)，并耐心的做起了他的医生。
在家务农的前NASA宇航员库珀(马修·麦康纳 Matthew McConaughey 饰)接连在女儿墨菲(麦肯吉·弗依 Mackenzie Foy饰)的书房发现奇怪的重力场现象，随即得知在某个未知区域内前NASA仍秘密进行一个人类的计划。
多年以前土星附近出现神秘虫洞，NASA借机将数名宇航员派遣到遥远的星系寻找适合居住的星球。他们穿越遥远的星系银河，感受了一小时七年光阴的沧海桑田，窥见了未知星球和黑洞的壮伟与神秘。在的而孤独角落，总有一份超越了时空的笃定情怀将他们紧紧相连……
道姆·柯布(莱昂纳多·迪卡普里奥 Leonardo DiCaprio 饰)与同事阿瑟(Joseph Gordon-Levitt饰)和纳什( Lukas Haas饰)在一次针对日本能源大亨齐藤(渡边谦饰)的盗梦行动中失败，反被齐藤利用。
为了重返美国，柯布偷偷求助于岳父迈尔斯(Michael Caine饰)，吸收了年轻的设计师艾里阿德妮(Ellen Page饰)、演员艾姆斯(Tom Hardy饰)和药剂师约瑟夫(Dileep Rao饰)加入行动。
醒来后，他发现自己患了罕见的“短期记忆症”，他只能记住十几分钟前发生的事情，为了让生活继续下去，更为了替的妻子报仇，他凭借纹身、纸条、宝丽来快照等零碎的小东西，保存记忆，收集线索，展开了的调查。
结婚五周年纪念日的早上，尼克·邓恩（Ben Affleck 饰）来到妹妹玛戈（Carrie Coon 饰）的酒吧，抱怨那个曾经彼此恩爱缠绵的妻子艾米（ Rosamund Pike 饰）以及全然看不见希望的婚姻。
当他返回家中时， 却发现客厅留下了的痕迹，而妻子竟不见了踪影。女探员朗达·邦妮（Kim Dickens 饰）接到报案后赶来调查，而现场留下的种种蛛丝马迹似乎着这并非是一件寻常的案，其背后或许隐藏着裂变于夫妻之情的。
凶手故弄玄虚的作案手法，令资深冷静的警员沙摩塞（Morgan Freeman 饰）和血气方刚的新扎警员米尔斯（Brad Pitt 饰）都陷入了破案的谜团中。他们去图书馆研读但丁的《神曲》，从的描绘中找到线索，最后文学哲学的世界中找到了凶手作案计划和手段的蛛丝马迹。
泰迪怀疑的主治病医师约翰·考利(Ben Kingsley饰)有意隐瞒内情，并向查克透露他上岛的真实目的其实是寻找当年纵火烧死他妻子德洛丽丝(Michelle Williams饰)的管理员，并揭露美国利用病进行人体科学实验的。
一个典型而又引人入胜的悬疑故事：一个汽车旅馆里，住进了10个人，他们中间有司机、、过气女星、夫妇、警探和他的，还有神秘的旅馆经理。这天风雨大作，通讯中断，10人被困在了旅馆里，惊悚的故事开始了。
他们一个接一个的死去，并且按照顺序留下牌号。10个人存活下来的渐渐变少，他们开始恐慌，互相猜忌，却无意间发现了彼此间的联系。但是，大家怀疑的嫌疑人却纷纷死去，谜团在旅馆狭小的空间里，这样的凶杀案件却有着人们猜不到的……
警司昆廷(Maurice Dean Wint 饰)、专家兼传感器专家伦尼斯( Wayne Robson饰)、医生霍洛韦(Nicky Guadagni 饰)、建筑师沃思(David Hewlett)、数学系的大学生利文(Nicole de Boer 饰)和身患孤独症的学者卡赞(Andrew Miller饰)，六个素不相识的人，一来后发现一同身处于由一个个形状相同的立方体组成的结构复杂的高度精密迷宫中!
科学家们决定派人穿越时光回到1996年12只猴子军的来历。囚徒詹姆斯·科尔(Bruce Willis 饰)被挑选为志愿者。阴差阳错，科尔回到了1990年，当他向当时的人们描述未来的那场大灾难时，被当作病捉了起来并被医生凯瑟琳·雪莉(Madeleine Stowe 饰)诊断为症。
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