En un futuro donde los viajes a Marte son la nueva moda, Douglas Quaid es un obrero de la construcción que siente un vacío en su vida monótona en la Tierra. Atrapado en un trabajo aburrido y atormentado por sus sueños recurrentes sobre Marte, decide darse un capricho y visitar una empresa que ofrece recuerdos implantados, donde puedes experimentar aventuras excitantes sin salir de casa. Sin embargo, cuando el proceso de implantación de recuerdos sale mal, descubre que su vida es una fachada y que en realidad es un agente encubierto con una identidad oculta.

En plena Segunda Guerra Mundial, el gobierno de los Estados Unidos se encuentra en una carrera contrarreloj para desarrollar un arma devastadora que podría cambiar el rumbo del conflicto. Bajo la dirección del enigmático y exigente General Leslie Groves, un ambicioso proyecto nuclear toma forma en el desierto de Nuevo México. Mientras tanto, el brillante pero controvertido físico J. Robert Oppenheimer se une al equipo, enfrentándose a la presión y las expectativas de sus superiores y colaboradores.