Nhân vật chính của phim là Đại úy Colter Stevens (Jake Gyllenhaal) chợt tỉnh dậy trong một chuyến xe lửa tốc hành chạy vào thành phố Chicago trong một cơ thể hoàn toàn xa lạ. Trước đó, anh nhớ mình vẫn đang ở chiến trường Afghanistan. Trên tàu, anh gặp cô gái trẻ xinh đẹp Christina (Michelle Moynaghan) và biết được tên người đàn ông mà mình thâm nhập vào cơ thể là Sean. Trong vòng 8 phút sau đó, một quả bom được cất giấu trên tàu, phát nổ và giết chết tất cả hành khách. Sau đó, Colter khám phá ra rằng mình là một phần của nhiệm vụ truy tìm kẻ đánh bom tàu điện ngầm ở Chicago.

Anh tham gia một cuộc thử nghiệm của chính phủ, gọi là "Source Code". Chương trình này cho phép đưa người trở lại hiện trường xảy ra một biến cố quan trọng nào đó để dựng lại những dữ kiện, giúp nhà chức trách lùng bắt thủ phạm của những vụ khủng bố hàng loạt. Được đưa vào một thực tại giả lập những phút cuối cùng của chuyến tàu trước khi quả bom phát nổ, Colter chỉ có 8 phút để tìm ra kẻ khủng bố trên tàu, trước khi bị đẩy lại về phòng thí nghiệm. Thủ phạm có thể là bất kỳ ai trên các toa xe. Thời gian mỗi lúc một cạn kiệt, một vụ khủng bố khác sắp diễn ra trong thành phố và sẽ làm hàng nghìn người vô tội thiệt mạng. Khi sự việc không diễn ra như kế hoạch, Colter buộc phải làm trái với chỉ thị của cấp trên.[5]