Sur le pont d'un cargo dans le port de San Pedro, en Californie, un homme blessé du nom de Keaton discute avec une silhouette qu'il nomme Keyser. Ce dernier tire ensuite sur Keaton, avant de mettre le feu au navire. Le lendemain, l'agent fédéral Jack Baer (Giancarlo Esposito) et l'agent spécial des douanes Dave Kujan (Chazz Palminteri) arrivent à San Pedro pour enquêter sur le massacre qui a eu lieu à bord du cargo. Il n'y a que deux survivants : un petit escroc infirme appelé Verbal Kint (Kevin Spacey), et un Hongrois gravement brûlé et de ce fait hospitalisé.
Leonard Shelby, un homme souffrant d’une amnésie antérograde à la suite d'un traumatisme crânien, part à la recherche du meurtrier supposé de sa femme, un certain John G. Avec l'aide de Teddy et de Natalie, il croit avoir retrouvé sa trace et décide de se venger en le tuant. Mais l’assassin n’est pas celui qu’il croit.
1929, Chicago, en pleine prohibition. Un corbillard est poursuivi par une voiture de police. Des tirs sont échangés, mais le véhicule funéraire parvient à prendre le large et à livrer son chargement – de l'alcool de contrebande – dans un tripot clandestin. Un peu plus tard la police y fait une descente. Deux musiciens qui s'y produisent et qui ont vu où les gangsters ont dissimulé l'alcool, réussissent à s'enfuir. L'un, Joe (Tony Curtis) est saxophoniste, l'autre, Jerry (Jack Lemmon) est contrebassiste.
Dans le Japon médiéval, quatre personnes présentent des versions très différentes d'un même crime. Deux des récits sont fournis par l'assassin et le fantôme du défunt (convoqué par un chaman).
En Pennsylvanie, deux fillettes de six ans, Anna et Joy, partent chercher le sifflet d'alarme dont Anna s'est fait un jouet. Elles disparaissent. L'inspecteur Loki privilégie la thèse de l'enlèvement. Le suspect numéro 1, Alex Jones, un attardé mental, rapidement arrêté, est incapable de s'expliquer.
Au début des années 1970, Sam « Ace » Rothstein (Robert De Niro) est envoyé à Las Vegas par la mafia de Chicago pour diriger l'hôtel-casino Tangiers financé en sous-main par le puissant syndicat des camionneurs et qui sert de paravent à la mafia. Il a un contrôle absolu de toutes les affaires courantes, et gère d'une main de fer cette « terre promise », tandis que l'argent coule à flots. Le Tangiers est l'un des casinos les plus prospères de la ville et Ace est devenu le grand manitou de Vegas, secondé par son ami d'enfance, Nicky Santoro (Joe Pesci). Mais celui-ci va peu à peu prendre ses distances pour s'engager dans un chemin plus sombre et criminel. Impitoyable avec les tricheurs, et obsédé par la maîtrise de tous les événements, Rothstein se laisse pourtant séduire par une prostituée, Ginger McKenna (Sharon Stone), virtuose de l'arnaque et d'une insolente beauté.
En 1999 à Buenos Aires, un agent à la retraite du ministère fédéral de la justice, Benjamín Espósito, essaie d'écrire l'histoire d'une affaire criminelle qu'il a traitée 25 ans plus tôt et qui le hante toujours : le viol et le meurtre en juin 1974 d'une jeune femme mariée, Liliana Colotto.
Un homme sans histoire, propriétaire d’un réseau de télévision par cable dans un village de Goa, est mêlé malgré lui à la disparition du fils d’une policière peu commode.
Tony Wendice, ancien champion de tennis, craint que sa femme Margot, qui a une aventure avec l'auteur de romans policiers Mark Halliday, n'en vienne à le quitter en le laissant financièrement démuni.
Los Angeles, années 1950. Alors que la ville est sujette à une vague de règlements de comptes après la chute du caïd Mickey Cohen, la police criminelle du LAPD se mobilise tout entière sur l'affaire de L'Oiseau de nuit, un massacre au cours duquel est tombé un ancien policier. Trois inspecteurs aux styles radicalement différents, un carriériste fûté, une brute "pas si bête que ça" et un mondain désabusé, vont être amenés à coopérer pour démêler les fils d'une histoire plus compliquée qu'il n'y parait.
A reporter interviews Paan Singh Tomar (played by Irrfan), a dacoit who is in the news for killing 9 people of a community. Answering questions about himself, the story goes in a flashback in year 1950. Paan Singh works in the Army while his wife and mother live in Morena. He surprises his seniors in the Army with his athletic skills. Though he was not interested in sports, he joins the sports division because there were no limits on their diet. Picked for the 5000 metres race's training, he was persuaded to run for the 3000 metre steeplechase by his coach. He participates in the Indian National Games and wins the gold medal in the steeplechase event 7 years in a row. In 1958 he participates in the Asian Games at Tokyo, but couldn't win because of his inability to adjust with the track spikes only given to him in the final event. He felt frustrated when he was not allowed to go the borders to fight in the 1962 and 1965 wars because sportsmen were not allowed to fight in them. In 1967, he participated in the International Military Games and wins the gold medal in the steeplechase.