《科学睡眠》讲述了斯蒂芬尼（盖尔·加西亚·贝纳尔 Gael García Bernal 饰）的故事。这个来自墨西哥的年轻人怀揣着丰富的想象力和层出不穷的新奇念头，在亲戚的帮助下前往法国，并找到了一份机械而乏味的办公室工作。斯蒂芬尼沉迷于梦境，梦中总是上演着各种奇妙的景象，但性格羞涩的他在女孩面前却常常显得拘谨。这一天，他迎来了新的邻居——一位笑容温暖的女孩，而她竟然也叫斯蒂芬尼（夏洛特·甘斯布 Charlotte Gainsbourg 饰）。相处之后，斯蒂芬发现两人拥有近乎相似的想象力天赋，于是他们以只有彼此才能理解的方式逐渐靠近，一段奇妙的命运联结也就此展开。
