故事发生在1862年的伦敦，詹姆斯（埃迪·雷德梅恩 Eddie Redmayne 饰）是一位非常有理想抱负的年轻科学家，致力于研究天气预报技术，然而，经济上的窘迫让他无法使用自己的热气球将研究成果带上天空，于是，他找到了名为艾米莉亚（菲丽希缇·琼斯 Felicity Jones 饰）的女子。
艾米莉亚是一个经验非常丰富的热气球飞行员，如今却沉溺在一段痛苦的往事之中无法自拔。她答应了詹姆斯的请求，两人共同驾驶着热气球开始了他们的冒险，并且凭借着智慧和勇气抵达了人类从未涉足过的高度。然而，当他们飞的越高
芝加哥发生了一桩震惊全城的恐怖血案。当地一间教堂的主教罗森惨遭杀害，身上被刻上神秘数字，警方逮捕了当时在场身染血迹的犯罪嫌疑人阿伦（ Edward Norton 饰）。马丁（理查•基尔 Richard Gere 饰）作为阿伦的辩护律师，和他的前女友检控官珍妮特较上了劲。
马丁并不在乎事实，他为阿伦辩护的唯一目的就是要赢得官司，让自己一战成名。而珍妮特作为正义的代表当然寸步不让。珍妮特（劳拉•琳妮 Laura Linney 饰）调查得知罗森主教生前曾对阿伦等人进行性侵犯，而阿伦关于自己患有“时间失忆
