在阿富汗執行任務的美國空軍飛行員科特史蒂文斯上尉突然驚醒，發現自己在壹輛高速行駛的列車上，而他的身邊坐著壹個素不相識的女子克裏斯蒂安（米歇爾·莫娜漢 Michelle Monaghan 飾）正在與自己講話。科特不知自己為什麽會在這輛車上，而且他發現自己居然是以另壹個人的身份存在，正當他迷惑不解的時候，列車上忽然發生爆炸……
科特又壹次驚醒，發現自己身處壹個密閉的太空倉裏，有壹位女軍官古德溫（維拉·法米加 Vera Farmiga 飾）正在通過視頻和自己對話，並要求自己報告列車上發生的事情。壹頭霧水的科特還沒搞明白是怎麽回事時，他又壹次被送上那輛列車。這次之後，科特終於明白自己在執行壹件任務，負責調查芝加哥火車爆炸案找到恐怖份子並查出他的下壹個目標。科特被壹次又壹次的送上那輛高速列車，每次只有八分鐘的時間調查，調查過程中，科特發現自己已在兩個月前去世，原來他正在參與是壹項“腦波源代碼”的秘密任務，這項任務通過已經死亡的科特尚未完全死亡的腦細胞影像來還原事件，調查事情的真相。最終，科特順利完成了任務，但是他卻決定再壹次返回列車，拯救列車上那些無辜的生命……
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“咚，咚”“呼，呼”，急促的心跳聲和喘息聲震耳欲聾。壹切都開始模糊，繼而扭曲變形。然後，壹陣尖銳的火車汽笛聲，將柯爾特·斯蒂文斯上尉(傑克·吉倫哈爾)拉回了現實。窗外，是疾馳倒退的綠地。“肖恩?肖恩?妳還好嗎?”坐在他對面的女子(米歇爾·莫娜漢)疑惑地看著走神的他，又繼續著話題，“我聽了妳的建議……”柯爾特突然覺得頭皮發麻。他不是這個女子口中的肖恩，也壓根兒就不認識眼前這個叫做克裏斯蒂娜的女子，他所記得的最後壹件事情，是自己正在阿富汗執行飛行任務。他為什麽會莫名出現在壹輛前往芝加哥的列車中?這難道是南柯壹夢?作了幾句無謂的辯解之後，柯爾特意識到只有壹種方法可以證明真相。他沖向洗手間，直楞楞地盯著裏面的鏡子，出現在鏡子裏的人，是壹個身著呢子大衣、藍色襯衫，眼中帶著幾分驚恐的中年男子。不!這不是他自己!至少不是他印象中的自己!還沒等他驚魂落定，壹股強大的爆炸氣流襲來，整列列車在烈火中被炸成碎片……猛然睜開雙眼。我還沒死?柯爾特驚疑地看著四周。他發現自己身處壹個獨立的空間裏，穿著本就屬於他的軍服。“歡迎回來，柯爾特上尉!”壹個溫和的女聲在他耳畔響起。緊接著，是壹個冷靜的男聲。原來，柯爾特被選中執行壹項特殊任務，這任務隸屬於壹個名叫“源代碼”(Source Code)的政府實驗項目。在科學家的監控下，利用特殊儀器，柯爾特可以反復“穿越”到壹名在列車爆炸案中遇害的死者身體裏，但每次只能回到爆炸前最後的8分鐘，也就是這壹天清晨的7點40分。理論上，“源代碼”並不是時光機器，“回到”過去的柯爾特無法改變歷史，也並不能阻止爆炸發生。之所以大費周折讓受過軍方專業訓練的柯爾特“身臨其境”，是因為制造這起爆炸的兇手宣稱將於6小時後在芝加哥市中心制造另壹次更大規模的恐怖行動!為了避免上百萬人喪生，柯爾特不得不爭分奪秒，在“源代碼”中壹次次地“穿越”收集線索，在這爆炸前最後的“8分鐘”裏尋找到元兇！