一個98年洛杉磯的清晨。男主道格被鬧鐘叫醒，正準備梳洗的他發現水池上灑落著點點血跡，而垃圾桶裡還扔著一件帶血的白襯衫。這時，電話答錄機裡傳來麥探長的聲音，要求道格趕緊來一趟警局。原來，他的老闆富勒昨晚被人謀殺，道格被要求來協助調查。隨後，麥探長跟隨著道格來到了富勒位於13樓的網路公司副樓，花了六年時間，用計算機模擬出了一個虛擬世界。現實中的人們可以透過裝置進入某個虛擬人身上體驗。1937年的洛杉磯就在麥探長隨意檢查的時候，一位優雅迷人的女士出現在他們面前。他自稱是富勒的女兒珍妮從來沒有聽說過富勒有孩子的道德有點悶。他看著珍妮有一瞬間的出神，不僅因為她的美貌，而是那種似曾相識的感覺。同時，他從珍妮的口中得知，他此行的目的是受父親之託，關閉他們研發的虛擬系統。
這讓道格想不明白父母為什麼要無緣無故關閉，他花費六年心血創造出來的系統了。與此同時，警局查到富勒死前曾給道格打過電話，而就在幾天前，富勒的遺囑也更改了。他將價值兩億美金的公司留給了道格，這使得道格有了重大嫌疑，而道德卻根本不記得接到過富勒的電話，再回翻了。答錄機後，他聽到了富勒的那則留言，富勒告訴他自己發現了一個驚天秘密，可能會被追殺，如果自己遇難，就去37年的虛擬世界找酒保，他在那裡留了封信，已經成為頭號嫌疑犯的道格決定進入還在測試的虛擬世界去尋找那封信。
在另一名員工小特的幫助下，道格的意識進入了虛擬世界中一個銀行職員的身上。他發現這裡的一切都無比真實，人們生活在這裡，不僅擁有了自我學習的能力，而且渾然不知。自己只是由一段段程式碼組成。隨後他找到了和小特長得很像的酒保，懇請他交出信件。但酒保卻逼問富勒在哪裡。原來，酒保已經看過信件。
富勒在信中說，他們都身處虛擬世界，只要開車前往一條從未想過的路，不管路上一路前行，就能看到真相。酒保按照指示一路向前，終於發現了他身處虛擬世界的真相。就在精神崩潰的酒保想要溺死道格的時候，小特及時叫醒了她。醒來後的道格決定拔掉插頭，關閉虛擬世界，因為他覺得虛擬世界裡的人跟他一樣真實，這一切就是個錯誤。
道格隨後去酒店找珍妮，但卻看到了同在酒店的麥探長。他告訴大哥，這你已經退房消失，而他也根本不是富勒的女兒。機智的道格隨機賄賂了計程車司機，查到了珍妮消失前的下車點。透過對體型樣貌的描述，道格終於在超市見到了做收銀員的珍妮，但她畫著煙燻妝，嚼著口香糖，一改往日的優雅。而看見道格也不認識了，只是朦朦朧朧。的道格有點眼熟，想認識的一般道格欲言又止，淡淡的說可能在另外一聲吧。說完道格有種頓悟的感覺，他照著酒保的方法開車一路向前，最終他也看到了世界的盡頭。
原來富勒在信上所說的虛擬世界，指的是98年的世界。這時他接到了珍妮打來的電話，約他在公司見面。隨後，珍妮告訴了道格全部的真相，他來自未來的2046年，超市的珍妮是他在98年的失意人，而她和她的丈夫大衛在未來創造了成千上萬個虛擬世界。但我又這個98年的虛擬世界，創造了另一個虛擬世界，所以他們需要關閉這個37年的虛擬系統。但嗜血變態的大衛卻進入了道格的身體自殺了服了。而珍妮其實一直在觀察著善良正直的道德，並早就愛上了她。隨後，兩人便乾柴烈火一起放飛了自我。
另一邊，小特決定在關閉系統前去虛擬世界爽一把。於是他的意識進入到了酒保的體內，哪知運氣不佳進去不一會就被車給撞死了。這時候，虛擬世界酒保的意識逆向進入了98年，小特的身體意外醒來後的酒保對新世界充滿了好奇。
隨後，他拿著槍要求道格帶他去參觀它被創造出來的地方。在電梯間，道格的使用者大衛上線當酒保站在伺服器過道中沉浸在新生的喜悅時，大衛拿起他放在桌上的手槍一槍崩了他，然後大衛準備殺了變心的珍妮。就在走投無路的珍妮準備等死時槍聲響起，大衛倒了下去。原來，珍妮給麥探長打了電話，交代了一切。最後麥探長及時趕到，拯救了命懸一線的珍妮，同時麥探長也請求著你，以後再也不要來虛擬世界打擾他們。
此時，在未來醒來的道格起身，看著這陌生的一切，原來大衛死後道格的意識來到了未來，就和小特的狀況一模一樣。這時，珍妮也從虛擬世界回來，兩人見面後相視一笑。珍妮告訴道格，這就是2046年的樣子，而富勒則是他父親的虛擬人。最後兩人在陽臺看著大海秀著恩愛。但俗話怎麼說來著秀恩愛死得快。於是某人直起的身子隨手拔掉了身旁的插頭。
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