在阿富汗執行任務的美國空軍飛行員科特史蒂文斯上尉（傑克·吉倫哈爾 Jake Gyllenhaal 飾）突然驚醒，發現自己在一輛高速行駛的列車上，而他的身邊坐著一個素不相識的女子克里斯蒂安（米歇爾·莫娜漢 Michelle Monaghan 飾）正在與自己講話。科爾不知自己爲什麼會在這輛車上，而且他發現自己居然是以另一個人的身份存在，正當他迷惑不解的時候，列車上忽然發生爆炸……
科特又一次驚醒，發現自己身處一個密閉的太空倉里，有一位女軍官古德溫（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。一頭霧水的科特還沒搞明白是怎麼回事時，他又一次被送上那輛列車。這次之後，科特終於明白自己在執行一件任務，負責調查芝加哥火車爆炸案找到恐怖份子並查出他的下一個目標。科特被一次又一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，科特發現自己已在一周前去世，原來他正在參與是一項「腦波原始碼」的祕密任務，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，但是他卻決定再一次返回列車，拯救列車上那些無辜的生命……