Cloud Atlas vertelt zes verhalen die zich in een verschillende tijd en op verschillende plaatsen afspelen en onlosmakelijk met elkaar verbonden zijn. Het eerste verhaal speelt zich rond 1850 af, terwijl het laatste verhaal zich honderden jaren in de toekomst afspeelt. Het is een episch verhaal van menselijkheid waarin de acties en de gevolgen van onze levens impact hebben op een ander door middel van het verleden, het heden en de toekomst wanneer één ziel omgevormd wordt van een moordenaar tot een verlosser en één enkele daad van vriendelijkheid ervoor zorgt dat eeuwen later een revolutie ontketend wordt.
Een veteraan uit de Amerikaanse indianenoorlogen, kapitein Nathan Algren, arriveert in Japan in 1876, om de soldaten van Keizer Meiji te trainen voor een gevecht tegen samurai die in opstand zijn gekomen.
De film is gebaseerd op het waargebeurde verhaal van Richard Phillips, kapitein van het cargoschip Maersk Alabama. In 2009 werd dit schip door Somalische piraten gekaapt en Phillips gaf zichzelf op als gijzelaar om zijn crew te redden.
De invloedrijke redactrice Margaret dreigt uitgezet te worden naar haar vaderland Canada. Om dit te voorkomen dwingt ze haar nietsvermoedende en komische assistent Andrew om zich met haar te verloven, terwijl ze hem al jarenlang het leven zuur maakt. Hij gaat akkoord met de verloving maar tegen een paar persoonlijke voorwaarden. Het onwaarschijnlijke stel reist af naar Alaska om de eigenzinnige familie van Andrew te ontmoeten.
Cinderella is een weeskind dat door haar stiefmoeder en stiefzussen onrechtvaardig wordt behandeld. Op een dag ontmoet ze in het bos een charmante vreemdeling met wie ze zich gelijk verwant voelt.
Drie jeugdvrienden, Jimmy Markum, Sean Devine en Dave Boyle, worden na jaren weer herenigd door de moord op Jimmy's oudste dochter. Sean is rechercheur geworden en onderzoekt de zaak.
Eind 19de eeuw. Wanneer Daniel Plainview een mysterieuze tip krijgt over een klein stadje in het Westen waar de olie letterlijk uit de grond zou spuiten, gaat hij met zijn zoontje H.W. op avontuur, op weg naar het stoffige Little Boston.
De film volgt het liefdesleven van acht Londenaren in de aanloop naar kerst. De nieuwe premier wordt verliefd op het meisje dat hem thee brengt, terwijl zijn zus huwelijksproblemen heeft. Een vader en zijn stiefzoon moeten het verlies van de moeder verwerken terwijl de zoon tot over z'n oren verliefd is op een klasgenote.
Christian Wolff is een wiskundig genie en altijd beter geweest met cijfers dan met mensen. Hij werkt met zijn specialistische kennis voor grote malafide organisaties in de wereld teneinde hun cijfers te manipuleren.
Diep in de Afrikaanse jungle geeft een gorillamoeder een achtergelaten baby de naam Tarzan en neemt hem aan als haar eigen zoon, ook al schuwt de leider, de zilverrug Kerchak, dit onbehaarde wonder. Tarzan groeit op met zijn bijdehante apevriendje Terk en zijn neurotische kameraad, de olifant Tantor. Zo ontwikkelt hij alle instincten van een dier en leert hij alles over de jungle, terwijl hij razendsnel door de bomen zweeft en zwaait.
Nicholas Van Orton is een rijke bankier, die alles heeft wat z'n hartje begeert, behalve een beetje spanning in z'n leven. Rond z'n 48e verjaardag geeft zijn broer Conrad hem een visitekaartje van een entertainment-bedrijf.
James Donovan, een advocaat die zich in het centrum van de Koude Oorlog bevindt, wordt gerekruteerd door de CIA om een haast onmogelijke missie uit te voeren. Hij moet onderhandelen over de vrijlating van een door de Russen gevangen genomen Amerikaanse piloot.
Om zijn verleden dat hem kwelt achter zich te laten besluit Ben Thomas zeven onbekende mensen een helpende hand toe te steken en zo hun levens drastisch te veranderen.
'Ad Astra' volgt de ruimteavonturen van een licht autistische ingenieur, Roy McBride genaamd. Het is jaren geleden dat zijn vader naar Neptunes afreisde om buitenaardse intelligentie op te sporen. Roy besluit nu de Melkweg door te reizen, op zoek naar zijn vader en om antwoord te krijgen op de vraag waarom hij niets van zich heeft laten horen.
De Ierse immigranten die New York binnenkomen zorgen voor verschillende conflicten met de oorspronkelijke inwoners. Amsterdam Vallon wil de moord op zijn vader wreken door een oorlog te ontketenen. Maar is hij bestand tegen een wrede moordenaar?
Professor Parker neemt iedere dag de trein naar de universiteit. Op een dag ziet hij een schattige puppy zonder baasje in het station. Hij neemt het hondje mee naar huis en er ontstaat een zeer innige vriendschap tussen de twee.
Adaline is rond de eeuwwisseling geboren. Na een mysterieus ongeval in de jaren '30 blijft ze voor eeuwig jong. Na jaren van eenzaamheid ontmoet ze eindelijk een man voor wie het misschien de moeite waard is om haar onsterfelijkheid op te geven.
'Mother' volgt een stel dat een rustig bestaan leidt. Als er op een dag onuitgenodigde gasten hun huis binnenkomen, wordt dat bestaan ernstig verstoord. Het gevolg is dat de relatie van het stel danig op de proef wordt gesteld.
Als de vader van de yuppie Charlie overlijdt, erft hij een oldtimer en een rozentuin. Hij komt tevens tot de ontdekking dat hij nog een broer heeft. Raymond is autistisch, maar is wel in staat om ingewikkelde wiskundige vraagstukken op te lossen.
Na de overwinning op Leonidas' 300, trekt het Perzische leger onder leiding van Xerxes verder in zuidelijke richting naar de grote Griekse steden. Het democratische Athene is de eerste stad die ze tegenkomen op hun pad.