柯尔特·史蒂文上尉某日醒来时，惊讶地发现自己正坐在一列疾驰的列车上。他对面坐着的克里斯汀娜似乎对他很熟悉，但她所认识的却不是史蒂文，而是另一个人。斯蒂文试图解释自己的身份，但毫无效果。就在他准备揭示事件真相时，另一列火车与他们相撞，引发了大爆炸，一切都化为乌有。
“死去”的斯蒂文醒来时，发现自己身处一个奇异的空间。突然，一位名叫卡罗尔·古德温的女指挥官开始向他解释一切。原来，他被政府选中，参与了一个名为“源代码”的秘密任务。每次，他都会变成火车上的一名乘客，进入他的体内，过上他的生活。然而，每次穿越只能回到列车相撞前的8分钟。因为有情报显示，制造这起列车相撞案的凶手宣称他将在6小时后在芝加哥市中心制造一起更具破坏力的爆炸案。
为了阻止凶手的阴谋得逞，也为了拯救上百万人的生命，柯尔特不得不一次又一次地回到源代码中，化身为其他乘客。他在列车上寻找线索，寻找真凶。在这个过程中，他与克里斯汀娜产生了一丝爱情。他能成功阻止恐怖袭击吗？他能否最终抱得美人归？
