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.

Interpol-Agent Louis Salinger ist Experte für kriminelle Bankgeschäfte. Im Zusammenhang mit einigen mysteriösen Todesfällen im Dunstkreis der IBBC-Bank entdeckt Salinger ein international operierendes Netzwerk, das im großen Stil Geldwäsche und illegalen Waffenhandel betreibt. Die Spur führt von Berlin über Mailand und New York bis nach Istanbul. Bei seinen Ermittlungen wird er von der New Yorker Staatsanwältin Eleanor Whitman unterstützt. Bald geht es für beide nicht mehr primär um die Lösung des Falles, sondern vor allem um ihr eigenes Überleben ...

Im 18. Jahrhundert wird in Paris Jean-Baptiste Grenouille mit einer sensorischen Anomalie geboren - er besitzt einen einmaligen Geruchssinn. Als Jugendlicher tötet Grenouille unwillentlich ein Mädchen und stellt fest, dass ihr Duft nach ihrem Tod verschwindet. Dies erweckt seinen Wunsch, Düfte dauerhaft konservieren zu können. Über Umwege gerät Grenouille an den Parfümeur Guiseppe Baldini, bei dem er sodann in die Lehre geht, um die Kunst des Konservierens von Düften zu erlernen. Im Gegenzug profitiert Baldini vom Talent des jungen Grenouille, jede Zutat eines Parfüms zu erriechen, sie blind mischen und verfeinern zu können. Grenouille verfolgt große Ziele - er will den wunderbarsten Duft der Welt herstellen und reist dafür nach Grasse, der Hauptstadt der Parfümeure. Auf seinem Weg dorthin findet er die passende Blume: Laure, die Tochter des wohlhabenden Antoine Richis. Plötzlich kommt es in der Gegend von Grasse zu einer Reihe von Todesfällen unter jungen, hübschen Mädchen ...