“但丁的地狱不就是取材于现实世界吗？他能以此造出一个天衣无缝的地狱。”
----叔本华
自由意志真的存在吗？
什么是灵魂？也许，这不过是我们的幻觉。
为了揭示其中的奥秘，有人不惜以人命为牺牲品。
心理学教授汤姆·圣经已经离婚两年了，可是妻子诺拉的倩影仍然在他心中挥之不去。法院将两个孩子弗兰基和雷普利判给了诺拉，他只能周末前往探视。
汤姆的项目是研究人的自我认同，他在自己唯一的著作《穿越大脑的黑暗》中，对斯金纳的学说提出了质疑。他最好的朋友尼尔·卡萨迪是加州大学的神经内科教授，他的理论则截然不同：神经元的电脉冲就是一切，只要控制了电脉冲，也就控制了人的意志和行为。
汤姆惊讶地发现三位联邦调查局特工杰拉德、洛根和阿塔在办公室门口等待他。他们告诉汤姆，上个月，影坛新秀辛西娅·波威斯基遇害。而这只是一场连环谋杀案的最新进展，她不是第一个、也不会是最后一个受害者。联邦调查局认为尼尔是主要嫌疑人。事实是有人绑架了受害者，拧开他们的大脑做实验。受害者的各个脑叶被选择性地破坏，似乎是为了测定不同部分的功能。汤姆听闻当然竭力为尼尔辩护。
尼尔告诉汤姆，他正在为国家安全局工作，研究测谎技术。照尼尔本人的说法，就是“对上帝的手艺进行逆向工程”。他自豪地领着汤姆参观实验室，展示他所发现的大脑各个“开关”——痛苦、欢乐、欲望、忠诚、道德，还有爱情。汤姆感到毛骨悚然，这简直是比斯金纳还要斯金纳的行为主义！
“我觉得你的做法有问题”，他抗议道。
“世界上没有什么真实，一切都是在大脑中发生的。”这是尼尔的结论。
尼尔摘下了假面具，将他的活人试验品一个一个放出来，可是他们已经变成了神经病人。在他拍摄的录像带中，他炫耀式地介绍了他对受害者的“系统改造”，嘲笑三位特工的无能。最可怕的是，他的手最后伸向了汤姆的孩子弗兰基。弗兰基一度失踪后又被发现，此后就无法停止尖叫。汤姆知道，尼尔在孩子下丘脑的神经回路上做了手脚，这里是人类的恐惧中枢。
汤姆不得不亲自与尼尔交涉，结果自己也落入尼尔的实验室。尼尔忙于操纵汤姆像弗兰基一样发出尖叫，没有注意到汤姆的朋友古阿斯闯进了实验室。
尼尔倒下了，但他和汤姆的论战并没有结束。