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Dom Cobb (Leonardo DiCaprio) y su compañero Arthur (Joseph Gordon-Levitt) son dos ladrones especializados en la “extracción” de información a través del subconsciente. Es decir, se introducen en los sueños de las personas para obtener sus secretos.
 
 Cobb ya está retirado, pero es obligado a participar en una última misión para que, a cambio, tenga el derecho de volver a ver a sus hijos.
 
 La misión, llamada “inserción”, consiste en implantar el origen de una idea o concepto en la mente de su cliente rival para que la interprete como propia.
 
 Así, Dom Cobb reúne a un grupo de especialistas que viajará por la mente de su presa, Robert Fischer Jr. (Cillian Murphy), para introducir en su subconsciente una idea que hará muy rico a su cliente Saito (Ken Watanabe), el jefe de la segunda mayor compañía de energía a nivel mundial, cuyo propósito es superar al líder que domina este sector económico.
 
 Ariadne (Ellen Page) es la llamada "arquitecta" responsable de crear el escenario del sueño manipulado, para lo que usa mucha creatividad y astucia.
 
 Arthur (Joseph Gordon-Levitt) debe investigar todos los aspectos de la vida de la persona objetivo. Yusef (Dileep Rao) es un químico que crea los sedantes para inducir el sueño a la víctima y a los participantes en la inserción. Eames (Tom Hardy) es como un actor dentro de la misión. Es el responsable de investigar y personificar a conocidos de la victima para conseguir implantarle una idea.
 
 Durante la misión, el equipo tiene que superar barreras de todo tipo y también sus propias luchas internas. Cobb se enfrenta a su pasado debido a la manifestación de su esposa fallecida, Mal (Marion Cotillard), quien lo invita a continuar en el mundo de los sueños para poder seguir juntos.
Dom Cobb y su compañero Arthur son dos ladrones especializados en la “extracción” de información a través del subconsciente. Es decir, se introducen en los sueños de las personas para obtener sus secretos. Cobb ya está retirado, pero es obligado a participar en una última misión, que consiste en implantar el origen de una idea en la mente de su cliente rival para que la interprete como propia, para que, a cambio, tenga el derecho de volver a ver a sus hijos. Así, Dom Cobb reúne a un grupo de especialistas que viajará por la mente de su presa.