失业不久的特拉维斯（阿德里安·布洛迪 Adrien Brody 饰）在报纸上看到一则招工启事，酬劳为两周14000美元。为此所吸引，特拉维斯欣然前往。原来这是某机构发起的实验，研究者宣称实验将在州立监狱进行，包括特拉维斯在内的26名参与者被分成狱警和囚 犯，狱警必须按照严格的规定来管理囚犯，不服从命令者将受到惩罚。原本只以为是一场有钱可拿的角色扮演游戏，但随着实验的进行，权力的意志渐渐得到体现，所有的人都似乎迷失在角色之中……本片根据2001年的德国影片《Das Experiment》改编，故事取材自马利奥·乔丹努（Mario Giordano）的小说《黑盒子》。

一共有70名来自美国各地的学生申请参与这个为期两周的实验，他们绝大多数是在斯坦福大学和加州伯克莱大学参加夏季课程的学生。24名学生通过了测试，学生以随机的方式被分成了两组角色：其中9名学生担任监狱中的“囚犯”和9名学生则以三人一组轮班担任“看守”的角色。津巴多本人则担任监狱长的角色。
为了实验更真实地模拟现实，担任“囚犯”的学生身份以数字代替，每个人都穿上犯人的衣服，戴上脚镣和手铐，有些学生是在家里被逮捕的，被铐上手铐，戴上牛皮纸头套，而执行逮捕行为的是同意与津巴多合作进行实验的加州警方，面对呼啸而去的警方，不明就里的邻里大为惊讶；而担任“看守”角色的学生则是穿着警服，戴上黑色的墨镜以增加权威感，在囚犯进牢时，按照监狱的正式程序对犯人进行裸体的搜身，他们拥有一切真实狱警所拥有的权力。而自愿参加实验的学生们则被告知实验过程中，他们所拥有的部分人权可能被侵犯。
一切如此真实，为的是让双方可以真正进入预置的角色。津巴多的模拟监狱应该不会发生什么骇人听闻的事情，毕竟这批所谓的看守和囚犯都是通过心理测试证明是“正常的、心理健康的”好人。津巴多也在1996年多伦多举行的讨论会上坦诚，在实验进行之前，觉得有可能只是无聊的两个星期。
实验开始的相遇是尴尬，毕竟对于看守和囚犯双方而言，都需要时间进入角色。无聊的时光如何打发？于是这群耳濡目染于当时美国反越战学潮的学生囚犯开始挑战权威：撕掉缝制于衣服身上的编号，把自己锁在牢房内不理会看守的命令，并取笑看守。