1850年，南太平洋，美國公證人亞當·尤因（吉姆·斯特吉斯 Jim Sturgess 飾）在船上被不明寄生蟲病折磨，他用日記記錄下自己所見所聞；1931年，蘇格蘭，落魄青年羅伯特·弗羅比舍（本·衛肖 Ben Whishaw 飾）為音樂大師記錄曲譜，受到半本旅行日記的啟發創作出了恢宏壯闊的《雲圖六重奏》；1975年，美國加州，小報記者路易莎·雷（哈莉·貝瑞 Halle Berry 飾）冒著生命危險調查一樁核電站醜聞，在老唱片店她被一首不知名的樂章打動；2012年，英國倫敦，被囚禁在養老院的出版商蒂莫西·卡文迪什（吉姆·布勞德本特 Jim Broadbent 飾）揣著一疊由女記者寫成的紀實文學，打算將自己的“越獄經歷”拍成電影；烏托邦未來，首爾，餐廳服務員克隆人星美-451（裴鬥娜 Doona Bae 飾）開始形成自我意識和反抗人類，她在人類圖書館看了一部飛躍老人院的電影；文明毀滅後的未來，夏威夷，牧羊土著紮克裏（湯姆·漢克斯 Tom Hanks 飾）對高科技文明的先知心懷敵意，他的部落唯一相信的女神叫星美……
不同的人物、場景和事件在時空中更疊變幻，不變的是每個主角身上都帶有彗星形狀的胎記。它像亙古靈魂的烙印，將人性中的反抗精神代代延續，最終織成一幅浩瀚璀璨的雲圖。