Saat seorang prajurit, Kapten Colter Stevens (Jake Gyllenhaal) terbangun dalam tubuh seorang pria tak dikenal, ia mendapati dirinya menjadi bagian dari misi untuk menemukan pengebom kereta di Chicago. Melakukan tugas yang belum pernah ia lakukan sebelumnya, ia tahu bahwa ia menjadi bagian dari eksperimen pemerintah yang disebut dengan "Source Code," sebuah program yang memungkinkannya untuk melintas ke identitas orang lain dalam waktu 8 menit sebelum hidup orang tersebut berakhir. Dalam hitungan detik, ancaman yang lebih besar akan membunuh jutaan warga pusat kota Chicago, Colter hidup kembali untuk mencoba membangun rangkaian peristiwa tersebut berulang-ulang, mengumpulkan petunjuk, sampai ia dapat memecahkan misteri dan mencegah ancaman berikutnya.