Simone柯布（男主角）是职业的盗梦者，能够潜入别人的梦里盗取信息。但他内心深处却有一个解不开的障碍，经常阻碍他在梦中的行动。那就是关于他亡妻的记忆。柯布因为被误以为杀了妻子，被迫流亡海外，并以盗梦为生。
在一次针对能源大亨齐藤的盗梦任务中，柯布的团队被识破，并被齐藤要挟。齐藤以消除柯布的罪名作为条件，让柯布执行针对其竞争对手的特殊盗梦任务——不是简单的盗取想法，而是要在梦中对目标人物进行想法植入。柯布归家心切，于是答应。
柯布同自己的老搭档阿瑟重新组织团队，吸收了新梦境设计师阿莉、药剂师尤瑟夫、梦境演员伊姆斯。经过详细的计划，盗梦团队最终决定在世界最长航班上对目标人物（小费舍尔）下手。碰并
任务中有数层梦境，盗梦队员层层深入，同时对抗着小费舍尔的潜意识的武装军队的抵抗，最终，柯布克服了潜意识中有关妻子的心理障碍，坚强的度过了永远迷失在梦里的危险，并从潜意识的边缘就出了迷失的齐藤。
最后，大家惊现的完成植入任务，大家都醒来回到航班上。齐藤兑现承诺，柯布能够回家和两个孩子团聚，然而影片结尾这温馨的团聚一幕却被暗示或许是在梦中发生，柯布仍未醒来。是开放结局。
《盗梦空间》角色介绍：
“盗梦者”道姆·柯布（演员 莱昂纳多·迪卡普里奥）
男一号，专门盗取别人梦境里的思想，是这帮盗梦贼的带头人。柯布这一罕见的技能让他成为企业间谍中令人垂涎的对象，也让他失去了所爱的人，并成为一名国际逃犯。
如今，柯布有了一个赎罪的机会，只要他能完成一个不可能的任务。与以往不同的是，这次柯布和他的团队的任务不是窃取思想，而是植入思想。
“前哨者”亚瑟（演员 约瑟夫·高登·莱维特）
道姆·柯布的助手，在前线放哨，道姆·柯布的老搭档，负责前期的资料搜集、信息打探等准备工作，并且在梦境中也负责帮柯布清理各种意外困难。
“筑梦师”阿德里安（演员 艾伦·佩姬）
道姆·柯布的助手，设计梦境里的建筑。负责建筑各级梦境中的大体环境框架（但必须避免利用记忆建造区域），以便目标人物进入这个梦境后会相信是在自己的梦里。
建筑师把某一层的梦境建好后，只能交给该层的梦主人，以避免别人对梦境过于熟悉后会导致潜意识作乱。梦主人可以对梦中环境的细节进行局部修改。
“伪装者”伊姆斯（演员 汤姆·哈迪）
道姆·柯布的助手，在梦境中可伪装成任何一种外形。负责在梦中伪装成特殊人物（通常是和目标人物关系比较亲近的人）以更好地从潜意识层面影响目标人物。
“魅影”梅尔（演员 玛丽昂·歌迪亚）
道姆·柯布的亡妻，女一号，想要道姆·柯布留在梦空间里，一直扰乱道姆·柯布的计划，而她只是想和道姆·柯布长相厮守在梦空间。
以前和柯布一起研究梦境，并成为了前往迷失域的先驱。由于柯布对妻子的死心存深深的负罪感，所以其潜意识中的梅尔会偶尔出现在联梦中，对行动进行干扰。
“目标”费舍（演员 希笑逗迹里安·墨菲）
道姆·柯布团队的目标，一直想要搞毁父亲的企业，与父亲的关系很糟，而之后遗嘱上交代费舍不会得到遗产，因为他的父亲想叫他独自创业，他正好有这个思想。
本次行动就是为了在这位即将继承家族产业的富二代心中“植入”一个想法。目标人物进入梦境后会有比较明显的潜意识防御。
“大亨”斋藤（演员 渡边谦）
因道姆·柯布盗梦计划失败，道姆·柯布将面临被杀的指缓危险，斋藤交代他将费舍的脑子里植入搞毁他父亲企业的思想，是这个计划的大头子。
就是这位富豪级权势人物，利用“让你回家和孩子团聚”为诱惑，令柯布组织起团队展开了“植入”行动。斋藤为了监视行动的成败效果，也跟着一起进入了梦境中，并没有任何职责。
