Los Angeles im Jahr 1983 - wunderschöne Mädchen, luxuriöse Anwesen, glamouröse Partys und mittendrin Eddie Dodson (Jim Sturgess), ein angesagter und überaus charismatischer Händler von hochwertigen antiken Möbeln für die Reichen und Schönen. Als Eddie die coole und unnahbare Pauline (Isabel Lucas) kennenlernt, fühlt er sich von der ersten Sekunde an zu ihr hingezogen. Zusammen leben sie die schnelllebigen Fantasien des anderen aus, zumindest bis zu dem Punkt, an dem Eddies hoher Lebensstandard anfängt ihn einzuholen und die Kredithaie an seine Tür klopfen. Um seine Schulden zu begleichen, beginnt Eddie mit Pauline an seiner Seite eine Serie von über sechzig Banküberfällen. Nun sind die Liebenden nicht nur auf der Flucht vor ihren Gläubigern, sondern haben auch die Polizei auf ihren Fersen.

Am Weihnachtsabend 1899 erreicht Edward Newgate die Tore der Irrenanstalt Stonehearst. Der junge und unerfahrene Psychologe sucht nach seiner ersten Anstellung, um endlich auch praktische Erfahrung sammeln zu können. Er wird mit offenen Armen von Anstaltsleiter Dr. Lamb empfangen, der dem angehenden Arzt die Räumlichkeiten und Methoden seiner Arbeit zeigt. Unter den Patienten befindet sich auch Eliza Graves, die von Anfang an eine geheimnisvolle Anziehung auf Edward ausübt. Anders als üblich werden die Insassen hier nicht betäubt oder gefesselt, sondern können sich frei entfalten und ihren Wahnsinn ausleben. Doch als Edward verdächtigen Geräuschen in die dunklen Keller des Gebäudes folgt, entdeckt er einen eingesperrten Mann, der behauptet Dr. Salt, der eigentliche Leiter der Einrichtung, zu sein...

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...

Auktionator Virgil Oldman ist ein Meister seines Fachs und Gemälden mehr zugetan als Menschen. In einem geheimen Raum hortet er Hunderte von Frauenporträts aus allen Epochen, die er mit Hilfe seines Freundes Billy auf den eigenen Auktionen ersteigert hat. Oldman erhält einen besonderen Auftrag: Eine mysteriöse junge Frau, die selbst nicht in Erscheinung treten will, bittet ihn, die Antiquitäten ihrer Familie zu veräußern. Nach und nach verfällt der Kunsthändler der Unbekannten, die nur via Telefon mit ihm kommuniziert.

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.