1850年，南太平洋，美国公证人亚当·尤因（吉姆·斯特吉斯JimSturgess饰）在船上被不明寄生虫病折磨，他用日记记录下自己所见所闻；1931年，苏格兰，落魄青年罗伯特·弗罗比舍（本·卫肖BenWhishaw饰）为音乐大师记录曲谱，受到半本旅行日记的启发创作出了恢宏壮阔的《云图六重奏》；1975年，美国加州，小报记者路易莎·雷（哈莉·贝瑞HalleBerry饰）冒着生命危险调查一桩核电站丑闻，在老唱片店她被一首不知名的乐章打动；2012年，英国伦敦，被囚禁在养老院的出版商蒂莫西·卡文迪什（吉姆·布劳德本特JimBroadbent饰）揣着一叠由女记者写成的纪实文学，打算将自己的“越狱经历”拍成电影；乌托邦未来，首尔，餐厅服务员克隆人星美-451（裴斗娜DoonaBae饰）开始形成自我意识和反抗人类，她在人类图书馆看了一部飞跃老人院的电影；文明毁灭后的未来，夏威夷，牧羊土着扎克里（汤姆·汉克斯TomHanks饰）对高科技文明的先知心怀敌意，他的部落唯一相信的女神叫星美……不同的人物、场景和事件在时空中更迭变幻，不变的是每个主角身上都带有彗星形状的胎记。它像亘古灵魂的烙印，将人性中的反抗精神代代延续，最终织成一幅浩瀚璀璨的云图。

掌控日本国家未来的御前会议上，众要员商议着以猎杀SPEC持有者为目标的“SIMPLEPLAN”，神秘的法蒂玛第三预言亦被提及。数天后，暗中执行猎杀计划的政府成员突然于游艇上全员木乃伊化死亡。案件交由未详系的当麻纱绫（户田惠梨香饰）和濑文焚流（加濑亮饰）负责。调查途中两人接到志村美玲（福田沙纪饰）的求救电话，赶赴救援时与濑文的前同僚兼前恋人青池里子（栗山千明饰）不期而遇。当麻将美玲带回未详系，原本已经死去的阳太/一十一（神木隆之介饰）竟从容现身于她们面前。竭力压制着蠢蠢欲动的左手，当麻无力的目睹美玲匆忙留下“一定要阻止法蒂玛第三预言”的信息后被阳太带走。在阳太的恶意煽动下，普通人类与SPEC持有者间的矛盾日益激化。身处两者夹缝之中，当麻对法蒂玛第三预言和人类未来的走向充满了迷惑。玛利亚、白衣教皇、左手持火之剑的天使……预言中的关键人物们若隐若现，黑暗降临的未来是否终将无法避免？