为了保命，他们的另外一个同伴把他们出卖给了之前他们窃取梦境的对象——斋藤（渡边谦饰），斋藤找到柯布和亚瑟，希望他们能够为自己服务，也就是找到全球垄断巨头的儿子费舍尔（希里安.墨菲饰 ），在费舍尔的头脑中植入遣散公司的意念，从而消灭自己的竞争对手，如果成功，将带他回国。由于柯布迫切地想回家见自己的孩子，他答应了斋藤的请求，找到了“伪装者”埃姆斯、“药剂师”尤斯福、“造梦师”阿里阿德涅。买下了整个航空公司，让费舍尔的私人飞机故障检修，然后在费舍尔飞往洛杉矶的途中实施了这个计划。
科布等一行六人将费舍带入了事先造好的梦境，对费舍尔进行意念的培养，然而费舍尔先前曾受过防止在梦中被袭击的专业训练，于是在第一层梦境中，他们受到费舍尔潜意识保卫队的猛烈攻击，斋藤受伤。但最后，成功地将遣散公司的意念植入费舍尔脑中，化解了费舍尔与其父亲的矛盾。在这中间，科布又受到了爱妻茉儿的阻挠，使计划几乎失败，但科布最终战胜了自己，摆脱了自己头脑中亡妻幻影的诱惑，坚强的度过了永远迷失在梦里的危险，并从潜意识的边缘救出了迷失的斋藤。电影在最后留给大家一个悬念。科布在“回到现实”与儿女团聚之后。用陀螺测试是否还在梦境中，电影突然结束，到底是在现实，还是梦境? 然而，是梦境还是现实，都已经不重要了。(确切地说，在最后的时候，陀螺转速变慢，中心轴左右摇摆，想必是要停止转动的前兆。可判断为现实。只是电影突然停止。不细心的话估计没看出来。还有。科布的世界里是没有儿女的样子，电影里有提到在梦里科布每次想叫孩子孩子就会转身跑掉，但和儿女团聚之后孩子转过了脸，由此判断是现实的。)“盗梦者”道姆.柯布…
（莱昂纳多.迪卡普里奥饰）
男一号。专门盗取别人梦境里的思想，是这帮盗梦贼的老师及带头人。cobb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，cobb有了一个赎罪的机会，一个最后的行动将给回他原本的生活，只要他能完成一个不可能的任务——盗梦空间。与以往不同的是，这次cobb和他的团队的任务不是窃取思想，而是植入思想。如果他们成功。这就是一次完美犯罪。不过暗中的敌人对他们的行动了如指掌，而只有cobb才能看到敌人的到来，因为犯罪现场存在于人的思想中。“前哨者”亚瑟
（约瑟夫.高登.莱维特饰）
道姆.柯布的助手，在前线放哨和帮助道姆.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”阿丽瑞德妮
（艾伦.佩姬饰）
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
（汤姆.哈迪饰）
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
（玛丽昂.歌迪亚饰）
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
（希里安.墨菲饰）
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
（渡边谦饰）
因道姆.柯布盗梦计划失败，道姆.柯布将面临被杀的危险，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。本片的拍摄计划诞生于《蝙蝠侠前传2：黑暗骑士》的拍摄期间，克里斯托弗.诺兰曾经考虑再度和亲密无间的搭档克里斯蒂安.贝尔合作，但克里斯蒂安.贝尔因为要拍摄《终结者2018》，以及之后克里斯蒂安.贝尔有自己其他的拍摄计划，所以他建议克里斯托弗.诺兰寻找其他他中意的演员来担任男主角。