露易丝是个语言学家，突然有一天外星人的UFO来到了地球，一共有12个，飘在全球不同国家的领空上。人类顿时慌张无措，纷纷拉响警报。
军方的一名上校找到了露易丝，让他帮忙翻译下军方录下的外星人的声音。露易丝说到：“语言学不仅仅是声音这么简单，我需要和外星人当面交流。”晚上，上校开着直升机来接露易丝角，同行的还有一位理论物理学家。他们来到了在外星人飞船附近建立的临时基地。
他们做了免疫防护就，露易丝和物理学家就在军方的陪同下进入了外星人的飞船。在一堵被缭绕的烟雾环绕的墙上，另一边外星人出现了。
第一次交流，露易丝只带了上次听到的录音带；而第二次交流，露易丝带上了一个写字板。她在上面写了一些单词，没想到对方就也开始写字了。于是双方开始互相学习对方的文字语言，虽然不太靠谱，但是最起码可以互相猜测对方想表达的意思。双方积累了越来越多对方的词汇量，可这是露易丝开始产生幻觉，这些幻觉更像是露易丝的记忆，只是这些记忆是未来还没发生的，记忆的内容是她未来会有一个女儿。
随着人类和外星人的持续交流，一些外星人的资料，比如照片之类的泄露到了民间，恐慌逐步加深。几名激进的士兵还试图把外星人的飞船炸掉。因为在交流中会意错了对方的意思，人们误以为外星人来地球是带来战争的，于是几个军事强国准备向外星人宣战。
此时，身为语言学家，和外星人交流最深入的露易丝，终于明白自己的幻觉都是未来的记忆，通过对外星人语言的学习，自己把线性的思维模式重建成了非线性的思维模式，超越时间，有了感知未来的能力。外星人是来地球传授这种思维方式的，目的是为了和地球人互相帮助，也是为了让地球人之间互相帮助。但是军方并不相信，因为完全超出了他们的认知范围。
露易丝开始想未来有什么可以阻止地球和外星人开战的线索，她想起了一个上流人士的聚会，想起了中国的商将军和她的一次谈话。商将军说：“我来这里，全是因为你一年半前给我打的那个电话。”但是她毫无印象，这是将军给她看了自己的电话号码。此时一年半前的她得到了电话号码，于是拨通了。一年半后的她也想起了电话的内容，露易丝竟然在电话里说出了他妻子的遗言。惊讶的他在一年半后的露易丝耳边又重复了一遍那个遗言。
露易丝听到后，一年半前的自己立马在电话里说了一遍，商将军听了怎能不动情，随即撤销了准备和外星人开战的计划。包括露易丝的祖国美国在内的其他国家纷纷跟着中国站队，就这样外星人离开了，所有国家团结在一起，联合起来学习外星人留下的语言。
露易丝和物理学家组建了家庭，明知女儿会在花季死于绝症，也依旧生下了女儿，忧伤地接受了宿命。
