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Em um mundo onde é possível entrar na mente humana, Cobb (Leonardo DiCaprio) está entre os melhores na arte de roubar segredos valiosos do inconsciente, durante o estado de sono. Além disto ele é um fugitivo, pois está impedido de retornar aos Estados Unidos devido à morte de Mal (Marion Cotillard). Desesperado para rever seus filhos, Cobb aceita a ousada missão proposta por Saito (Ken Watanabe), um empresário japonês: entrar na mente de Richard Fischer (Cillian Murphy), o herdeiro de um império econômico, e plantar a ideia de desmembrá-lo. Para realizar este feito ele conta com a ajuda do parceiro Arthur (Joseph Gordon-Levitt), a inexperiente arquiteta de sonhos Ariadne (Ellen Page) e Eames (Tom Hardy), que consegue se disfarçar de forma precisa no mundo dos sonhos.
Inicialmente, Nolan escreveu um tratamento de 80 páginas sobre os ladrões de sonhos.[8] Originalmente, Nolan via Inception como um filme de terror,[8] porém eventualmente ele o re-escreveu como um filme de ação mesmo pensando que "eles são deliberadamente superficiais em termos emocionais."[9] Enquanto revisava o roteiro decidiu que nesse gênero o filme não funcionava porque a história "se baseia fortemente na ideia de um estado interior, a ideia de sonhos e memória. Eu percebi e precisei aumentar os ganhos emocionais."[9] Nolan trabalhou no roteiro por dez anos.[7] Quando começou a pensar no filme, Nolan se inspirou em outras produções tais como The Matrix, Dark City e Memento, dizendo "são baseados nos princípios que o mundo a sua volta pode não ser real."[9]
Nolan mostrou pela primeira vez o roteiro a Warner Bros. em 2001, porém, achou que precisava de mais experiência em filmes de grande orçamento.[4] Ele logo percebeu que um filme como Inception precisaria de um investimento alto devido ao fato que "quando se está falando sobre os sonhos, o potencial da mente humana é infinito. Precisa funcionar em uma grande escala."[4] Depois de finalizar The Dark Knight, Nolan decidiu fazer Inception e passou