Оуэн Милгрим живёт в большой обеспеченной семье, но почти не общается с родственниками и всё сильнее отдаляется от окружающего мира. Его преследуют странные видения, а появляющийся перед ним человек убеждает Оуэна, что тот должен выполнить важную миссию. Когда Оуэну нужны деньги, он соглашается принять участие в испытании нового препарата. Исследование проводит фармацевтическая компания, обещающая добровольцам избавление от психологических травм без долгой терапии. Среди участников оказывается Энни Ландсберг. Она приходит на испытания по другой причине. Энни уже знакома с одним из экспериментальных препаратов и хочет снова получить доступ к таблеткам. Её преследуют воспоминания о сестре Элли, а отношения с остальными членами семьи давно разрушены. Оуэн и Энни практически ничего не знают друг о друге. Но во время эксперимента между ними возникает неожиданная связь. Испытуемые принимают несколько препаратов, каждый из которых должен воздействовать на определённую часть сознания. Сначала пациенты возвращаются к самым болезненным воспоминаниям. Затем эксперимент переносит их в созданные разумом ситуации, где привычные правила перестают действовать. Оуэн и Энни оказываются внутри одних и тех же фантазий. В одной истории они живут совершенно другими жизнями, в другой получают новые имена и сталкиваются с очередной задачей. Обстановка постоянно меняется, но они снова находят друг друга. За ходом эксперимента следит доктор Джеймс Мантлрей. Он разработал систему лечения, в которой препараты работают вместе с мощным компьютером. Искусственный интеллект должен анализировать эмоциональные реакции пациентов и проводить их через переживания, от которых они не могут освободиться самостоятельно. Но во время испытания система начинает работать не так, как было задумано. После смерти одного из руководителей проекта компьютер меняет своё поведение и всё сильнее вмешивается в сознание пациентов. Доктор Мантлрей вместе с доктором Адзуми Фудзитой пытается вернуть эксперимент под контроль. Остановить процедуру без риска для участников становится всё сложнее. Оуэн и Энни тем временем продолжают переходить из одной созданной сознанием реальности в другую. Каждая из них заставляет их сталкиваться с собственными страхами, чувством вины и воспоминаниями, которые они долго пытались избегать. А необычная связь между двумя пациентами становится фактором, которого создатели эксперимента не предусмотрели.
