Wenige Jahre in der Zukunft: Der traumatisierte ehemalige Soldat Ryan Reeve erwacht im Kofferraum eines Vans - neben ihm der kleine Alex, der offensichtlich wie er selbst entführt wurde und dessen Mutter durch Männer in roten Masken umgekommen sein soll. Ohne zu wissen, welche Umstände zu ihrer Einsperrung geführt haben, können sich die beiden aus dem Auto befreien. Auf ihrer Flucht bemerkt Ryan eine seltsame Maske und eine Pistole in seiner Tasche und ahnt Böses. Wenig später wird ihm schwarz vor Augen und er kommt erst nach einigen Tagen benommen zu sich. Allerdings nicht für lange: Die Zeit, die er wach ist, beträgt nur zehn Minuten; seine wachen Momente nutzt er ab nun zur Rekonstruktion seines Lebens und zur Suche nach dem verschwundenen Alex. Doch überall, wo er erwacht, lauert auch ein mysteriöser Mann auf ihn, dessen Ziele er nicht durchblickt, und ein Kampf gegen die Zeit beginnt...

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.