Roy et Jessie, un couple d'américains, prennent le Transsibérien de Pékin à Moscou. Pendant le trajet, ils rencontrent Carlos, un Espagnol qui voyage avec son amie Abby, une jeune Américaine. Le paisible voyage va ainsi se transformer en une terrible descente aux enfers.
Journaliste sportif, Yvan est marié à Charlotte, une comédienne célèbre. Beaucoup l'estiment chanceux, mais un jour quelqu'un lui fait remarquer que de nombreux acteurs embrassent sa femme, et qu'une foule de spectateurs la déshabillent du regard à chaque film... Yvan devient jaloux.
Shanghaï Lily, une belle aventurière (Marlène Dietrich), retrouve dans le train « Shanghaï Express » qui va de Pékin à Shanghaï, un homme qu'elle a aimé jadis, le capitaine Donald Harvey. Lui est un grand médecin militaire, qui doit aller opérer une personnalité à Shanghaï ; elle est une “ caboteuse ” (coaster), sorte de grande cocotte façon coloniale, qui sous le surnom de “ Shanghaï Lily ” (le lys de Shanghaï – elle s'appelle en vérité Madeleine) brise le cœur de ses amants depuis sa rupture avec Harvey.
Durant l'été 1941, dans un shtetl (village juif d'Europe de l'Est), Schlomo, le fou du village, accourt essoufflé et catastrophé. Il annonce aux notables qu'il a vu l'armée allemande et ses sbires rafler tous les habitants d'un shtetl voisin, puis qu'ils les ont déportés en train, pour une destination inconnue. Après ce terrible témoignage, les villageois sont complètement affolés, redoutant de subir prochainement le même sort. Au débotté, Schlomo suggère qu'il faut anticiper l'acte des Allemands et que le village doit donc organiser son propre train de déportation qui traversera les lignes allemandes et les mènera vers la terre promise, la Palestine.
Le film est fondé en partie sur des faits réels, la décolonisation du Congo belge, avec les événements de la rébellion Simba et de l'Opération Dragon rouge (et la colonne Ommegang) mêlés à ceux de la sécession du Katanga.
Maureen est une jeune Américaine à Paris gagnant sa vie comme « personal shopper » pour une célébrité. Comme son frère jumeau aujourd'hui disparu, elle possède aussi une capacité aiguë à communiquer avec les esprits.
Michael Bachlin, médecin américain et délégué des Nations unies, monte à bord de l'express pour Pékin. Officiellement, il est chargé de fonder un centre de chirurgie du thorax à Shanghai. Officieusement, il doit rencontrer le chef de l'opposition au régime chinois. Durant le voyage, il retrouve Danielle Grenier, une séduisante jeune femme qu'il a connue à Paris quelques années plus tôt...
Jacques Lantier est victime de pulsions meurtrières. Il ne se trouve bien qu’en compagnie de son chauffeur Pecqueux sur La Lison, la locomotive à vapeur avec lesquels il fait la ligne Paris - Le Havre. Il rencontre Séverine dont le mari Roubaud, sous-chef de gare du Havre, vient d’assassiner Grandmorin, le parrain de la jeune femme qui avait abusé d'elle autrefois. Séverine devient la maîtresse de Lantier et bientôt lui suggère de supprimer son encombrant mari. Mais sous l’emprise d’une crise, c'est elle que Lantier tue. Revenu à bord de sa machine, il avoue son crime à son compagnon Pecqueux et pris d'un accès de désespoir, il se suicide en se jetant du train en marche. Pecqueux arrête le train et ne peut que constater le décès de Lantier en contrebas de la voie.
En Bandrika, pays imaginaire d'Europe centrale, dans le train qui les ramènent en Angleterre, Iris Henderson retrouve miss Froy, une vieille dame, britannique comme elle, dont elle a fait connaissance à l'hôtel la veille. Au cours du voyage, miss Froy disparaît mystérieusement. La jeune femme s’inquiète, mais personne ne veut la croire et on tente de la convaincre qu'elle a tout imaginé. Seul Gilbert Redman, un musicien rencontré lui aussi à l'hôtel, sera en mesure de l'aider. Quatre autres Britanniques seront embarqués dans l'histoire : deux amateurs de cricket obsédés par l'idée d'arriver à temps à Londres pour un match, et un couple d'amants qui souhaitent rester discrets.
Cinq dames, qui ont répondu à la même annonce matrimoniale, se rencontrent dans le train Paris-Rome. Ne connaissant pas l'homme qui a fait paraître l'annonce, elles essaient de l'identifier parmi les voyageurs. Quatre d'entre elles disparaissent....
Mai 1940 : le film commence dans la petite ville de Fumay dans les Ardennes au début de l'offensive allemande à travers la Belgique. On voit passer des réfugiés belges dans un climat très calme et sous un grand soleil.
Alix joue La Dame de la mer d'Ibsen au théâtre à Calais. Alors qu'elle doit passer une audition pour un rôle, elle croise le regard d'un homme dans le train qui l'amène à Paris et elle est attirée par son air triste. Il lui demande le chemin de l'église Sainte-Clotilde à leur arrivée en gare.