Stell dir vor, du schaust in den Himmel und siehst dort ganze Städte, Wälder und Ozeane mit einer eigenen Schwerkraft. Du siehst ein anderes Universum, ganz nah an deinem, aber trotzdem völlig unerreichbar. So ergeht es Adam, einem gewöhnlichen jungen Mann in einer ungewöhnlichen Welt. Er lebt bescheiden sein eigenes Leben, doch er denkt immerzu nur an Eden, ein Mädchen, das er einmal getroffen hat, als er noch ein kleiner Junge war. Sie lebt in dem anderen Universum, das sich direkt über ihm befindet. Dieses Universum ist im Gegensatz zu seinem eigenen wohlhabend, für Adam steht dort jedoch praktisch alles auf dem Kopf. Eden scheint unerreichbar. Der Kontakt zwischen beiden Erden ist von der Regierung strengstens untersagt. Als er eines Tages einen Blick auf die erwachsene Eden erhascht, beschließt er, um seine große Liebe zu kämpfen ... auch wenn er dafür die Gesetze der Physik außer Kraft setzen muss...

Der Rechtsanwalt Adam Ewing lernt 1850 mit einem Schiff die Ureinwohner des Südpazifik und ihre Unterdrückung kennen. Der Junge Musiker Robert Forbisher arbeitet 1931 an seinem Wolkenatlas-Sextett und wird dabei von Ewings Tagebuch inspiriert. Die Journalistin Luisa Rey ermittelt 1975 über eine vertuschte Fehlkonstruktion beim Bau eines Atomkraftwerks und erfährt dabei auch von Forbisher. Der Verleger Timothy Cavendish, der Luisa Reys Geschichte veröffentlichen will, wird in der Gegenwart irrtümlich in ein Altenheim eingewiesen. In der nahen Zukunft kämpft die junge Replikantin Sonmi-451, deren Lieblingsfilm die Verfilmung von Cavendishs Lebensgeschichte ist, für die Anerkennung ihrer Menschlichkeit. Schließlich spielt eine Episode in ferner Zukunft, in der die menschliche Zivilisation weitgehend wieder auf den Stand der Steinzeit zurückgefallen ist. Nur ein Hologramm mit den Aufzeichnungen Sonmis kündet von der lange vergangenen Zeit.