斯特兰奇博士（本尼迪克特·康伯巴奇 Benedict Cumberbatch 饰）是一名外科手术医生，他拥有着高超的智商和精湛的技艺，是医院乃至整个医学界的传奇人物。某一日，斯特兰奇博士遭遇了一场可怕的车祸，尽管保住了双手，但这双手伤痕累累不住颤抖，这也就意味着，他再也不能拿起手术刀，站在无影灯下了。
　　斯特兰奇博士的生活就此失去了意义陷入了绝望之中，他决定远赴尼泊尔，寻找传说中能够治愈他双手的神秘力量。在尼泊尔，风尘仆仆的斯特兰奇博士拜入了神秘的古一法师（蒂尔达·斯文顿 Tilda Swinton 饰）门下，成为了其弟子，与此同时，古一法师曾经的弟子卡西利亚斯（麦斯·米科尔森 饰）亦在虎视眈眈，企图完成他获得永生的大业。

　　布莱恩（布莱德利·库珀 Bradley Cooper 饰）是一名军火承包商，年纪轻轻的他便在行业内闯出了一片属于自己的天地，攀登上了事业的最高峰。某日，他被上司派往夏威夷火奴鲁鲁军事基地，那里正在进行一项间谍卫星的开发和研制，需要布莱恩的监督，布莱恩兴致勃勃的踏上了旅途。
　　让布莱恩没有想到的是，在目的地，等待着他要和他一同共事，是一位名叫艾莉森（艾玛·斯通 Emma Stone 饰）的女飞行员，艾莉森冷若冰霜而又不苟言笑，着实是一个严肃而又无趣的女人，这令布莱恩感到十分郁闷，与此同时，布莱恩对前女友崔西（瑞秋·麦克亚当斯 Rachel McAdams 饰）依然抱有着不切实际的幻想，他联系到了崔西，企图和她破镜重圆。