《盗梦空间》的剧情是围绕一群靠潜入梦境盗取机密、植入想法的盗梦者团队展开的核心故事，整体逻辑严谨且层层嵌套梦境。故事主角多姆·柯布是顶尖的盗梦者，他和搭档亚瑟、伊姆斯等人，能通过特制的设备进入他人梦境窃取机密，但这项能力也让他因为亡妻的幻影饱受折磨——他的妻子茉莉因为被植入了“现实是梦境”的想法，最终在现实中跳楼自杀，柯布也因此被禁止回到美国和孩子团聚。后来，柯布接到了一个改变命运的委托：能源大亨费舍尔的对手希望他们能在费舍尔的梦境里植入“拆分家族企业”的想法，而不是盗取信息，这比盗梦难度高得多。为了能重回家人身边，柯布答应了委托，组建了新的团队，还找来了药剂师尤瑟夫制作长效镇静剂，保证多层梦境可以同步进行。整个任务一共设计了四层梦境，每一层的时间流速都不一样，越深层的梦境时间过得越慢：1. 第一层梦境：城市街头：团队劫持了费舍尔，通过镇静剂让他进入梦境，大家一起在街头追逐混战，最终把费舍尔带到了尤瑟夫的梦境据点。2. 第二层梦境：酒店楼层：柯布团队在这一层躲避费舍尔的潜意识防御，同时让费舍尔意识到自己陷入了梦境，为第三层的植入做铺垫。3. 第三层梦境：雪山堡垒：团队强攻堡垒，终于见到了虚弱的费舍尔，柯布和亚瑟、伊姆斯配合，成功把“拆分企业”的想法植入了他的潜意识里。4. limbo（迷失域）：在第三层行动时，柯布的老搭档阿里阿德涅发现了柯布藏在梦境里的亡妻幻影，幻影破坏了团队计划，柯布为了找回费舍尔，和阿里阿德涅一起进入了更深的迷失域。在迷失域里，柯布终于直面了自己对妻子的愧疚，说服茉莉不要跟着自己，也让费舍尔认清了自己的内心，完成了想法植入。任务结束后，柯布终于拿到了回到美国的许可，回到了家。结尾他转动了那枚代表自己现实的图腾——陀螺，陀螺在摇晃，最终画面停在了陀螺即将倒下的瞬间，留下了开放式的结局。
