一名男子（杰克·吉伦哈尔饰）在火车上醒来，坐在一名名叫克里斯蒂娜·沃伦（米歇尔·莫娜汉饰）的女子对面。女子认出他叫肖恩·芬特雷斯，但男子似乎并不认识她，也似乎不确定自己的身份。八分钟后，火车上一枚炸弹爆炸，男子醒来后发现自己被绑在一个小的网格球形罩内。在那里，空军上尉科琳·古德温（维拉·法米加饰）通过电脑屏幕向他解释说，他其实是科尔特·史蒂文斯，一位战功卓著的陆军直升机飞行员，现在的任务是找到炸毁开往芝加哥的火车的炸弹制造者。这项任务需要使用“源代码”来完成，这是一个时间循环程序，可以让他控制某人的身体，重现他们生命中的最后八分钟。

史蒂文斯不记得自己是如何参与“源代码”项目的；他最后的记忆是最近在阿富汗执行飞行任务时遭遇敌方炮火。史蒂文斯在“源代码”中的任务是假扮列车乘客芬特雷斯的身份，找到炸弹，查明引爆者，并向古德温汇报，以阻止炸弹袭击者在芝加哥市中心引爆更大的核装置，否则将造成数百万人死亡。古德温和“源代码”的创始人拉特利奇博士（杰弗里·赖特饰）告诉他，“源代码”并非模拟，而是以平行现实的形式访问过去。他被告知，他无法真正改变过去以拯救任何乘客，但他必须收集可以用来改变未来并阻止未来袭击的情报。古德温向史蒂文斯保证，“一切都会好起来的”。