En un futuro próximo, el mundo está dividido entre los que viven "dentro", en ciudades de alta densidad, y la clase baja pobre que vive "fuera". El acceso a las ciudades está muy restringido y regulado mediante el uso de documentos sanitarios, conocidos como "papeles" en el idioma pidgin global de la época (compuesto por elementos de inglés, español, francés, árabe, italiano, farsi y mandarín).

La mayoría de los habitantes de la ciudad se aventuran a salir al exterior sólo cuando oscurece, ya que la luz solar directa se considera ahora peligrosa para la salud (los rayos UV pueden causar melanoma). Sin embargo, algunos residentes todavía se aventuran a salir al exterior durante el día. El gobierno parece ser autoritario y distópico[1] La sociedad está regulada por varios "códigos". El código del título de la película prohíbe la "reproducción genéticamente incestuosa", que puede producirse como resultado de las diversas tecnologías médicas que se han generalizado, como la clonación.

William Geld, un investigador de fraudes de seguros, es enviado a Shangai para entrevistar a los empleados de una empresa conocida como "La Esfinge", que fabrica "fundas", aparentemente "documentos de cobertura de seguros", pero que en realidad regula los movimientos de las personas entre las ciudades y "dentro" y "fuera". La misión de William es identificar a los empleados sospechosos de falsificar "cubiertas". Tras entrevistar a numerosos empleados de la Esfinge, identifica a una joven trabajadora llamada María González como la falsificadora. Para ello, utiliza un "virus de empatía" diseñado genéticamente, que le permite obtener información de las personas si éstas revelan voluntariamente algo sobre sí mismas. María le cuenta a William que cada vez que cumple años tiene el mismo sueño: viaja en metro para encontrarse con alguien a quien no puede identificar. Cada cumpleaños se encuentra una estación más cerca de su destino, donde espera encontrarse con esa persona. William queda cautivado por ella y, en lugar de entregarla a la seguridad, identifica a otro empleado como el falsificador.

William se encuentra entonces con María y comienzan un romance. Confiando plenamente en un hombre que podría haber hecho que la detuvieran, María le revela cómo pudo sacar los papeles de su lugar de trabajo. En un club nocturno conocen a Damian, un naturalista que anhela viajar a Delhi para estudiar los murciélagos. Lleva ocho años consecutivos solicitando la cobertura, pero siempre se la han denegado. María le proporciona a Damian un papel. William se molesta por ello e indica que debería entregar a María a las autoridades, pero María sabe que no lo hará. William explica que hay razones legítimas por las que Damian no puede obtener las autorizaciones adecuadas legalmente. María cree que vale la pena correr algunos riesgos para cumplir los sueños de uno.

De vuelta a su apartamento, María le muestra a William su "álbum de recuerdos" (un cuaderno electrónico que graba vídeos de la mente del usuario), que contiene recuerdos de sus padres y amigos. Otras películas la muestran pasando papeles a varias personas. Ella piensa que son hermosos y que sus ojos están llenos de deseo y sueños, y que tienen una mirada diferente a la de la gente "de a pie". Mientras María duerme, William encuentra una funda falsificada en su habitación y la coge.

La cobertura de viaje de William caduca al día siguiente, así que vuelve a casa con su familia. De camino al aeropuerto, entrega la funda falsificada a un vendedor ambulante en el puesto de control del perímetro de la ciudad, un acto de humanidad que podría cambiar la vida del vendedor. Más tarde, se entera de que Damian murió en Delhi tras exponerse a un virus al que no tenía inmunidad. William es reprendido por no haber descubierto al verdadero falsificador de la Esfinge. Explica que tuvo problemas con su virus de empatía y pide que se envíe a otra persona, ya que puede haber un cómplice del hombre inocente que señaló como culpable. Sin embargo, se le ordena que se ocupe del problema y que regrese a Shanghai.

A su regreso, William descubre que María ha desaparecido. Su apartamento está abandonado y la única pista es una cita en una clínica médica. Visita la clínica y, utilizando sus habilidades empáticas, se entera de que María estaba embarazada y que el embarazo se interrumpió debido a una violación del Código 46. William sabe que esto significa que María está relacionada genéticamente con él, pero no sabe cómo.

William descubre que María ha sido llevada a que le borren la memoria del episodio. Habla con María, pero descubre que su recuerdo de él ha desaparecido. Consigue que la clínica le entregue a María diciéndole que es una testigo en su investigación de fraude. Una vez liberada, William le demuestra a María que le conoce por su conocimiento íntimo de ella y por mostrarle la grabación de la memoria de cuando le dio el papel a Damian, que incluye una foto de William. William le habla del borrado de la memoria y de que no la denunció por fraude. María se siente perturbada por esta información y se angustia mucho. William le da un somnífero y, mientras ella duerme, le corta un poco de pelo de la cabeza y lo lleva a un centro de análisis de ADN instantáneo. Allí descubre que María está emparentada genéticamente con él en un cincuenta por ciento, un clon biológico de su madre, que formaba parte de un conjunto de veinticuatro clones fecundados in vitro. Este conocimiento no afecta a los sentimientos de William, pero en lugar de volver con María decide volver a casa con su familia. Sin embargo, cuando intenta marcharse no se lo permiten, ya que su cobertura de 24 horas ha expirado.

William se da cuenta entonces de que su única esperanza de volver a casa es conseguir un papel de María. Vuelve a su apartamento y le cuenta que no puede marcharse. Ella acepta ayudarle. Le dice que debe conseguir un papel y que se reunirá con él en el aeropuerto más tarde. Va al trabajo para conseguir un papel, pero no puede falsificar uno ella misma, ya que fue trasladada a otra área de trabajo, así que un compañero de trabajo hace la cubierta por ella. Mientras toma un tren para encontrarse con William, recuerda su sueño de cumpleaños y que él era la persona que buscaba en el sueño. Recuerda sus sentimientos por él. Se encuentra con William, le da el papel y se lo dice. Él decide no dejarla.

William y María viajan entonces a Jebel Ali, en Oriente Medio, que no requiere una autorización especial para viajar. Los dos se esconden en la ciudad vieja, donde reservan una habitación. Allí, William le revela a María que, además del borrado de memoria, se le ha administrado un virus que induce una terrorífica descarga de adrenalina en respuesta al contacto físico con la persona que provocó la violación del Código 46. Sin embargo, María sigue queriendo hacer el amor con William, por lo que éste la ata para evitar que huya una vez que el subidón de adrenalina haga efecto.

Después, María entra en un estado de sonambulismo, también provocado por el virus, que la obliga a denunciar la nueva violación del Código 46 a las autoridades. Ella está inconsciente de esto, aunque William es consciente de la reacción del virus. A continuación, alquilan un coche viejo y se alejan para escapar de las autoridades que les siguen la pista. William choca el coche al evitar una colisión con camellos y peatones y ambos quedan inconscientes.

Cuando William despierta en el hospital, se encuentra en Seattle con su mujer y su hijo. No tiene ningún recuerdo de María ni de la violación del Código 46, ya que todos los recuerdos de ella y de su tiempo juntos han sido completamente borrados de su mente y sustituidos por los recuerdos de una investigación exitosa. Las autoridades llevaron a William ante un tribunal, pero decidieron que el virus de la empatía había afectado a su juicio. Intenta utilizar el virus de la empatía para leer los pensamientos de su hijo en el viaje de vuelta del hospital, pero no puede hacerlo porque el virus fue eliminado permanentemente, y se le implantaron anticuerpos para hacer imposible la reinfección. María es castigada más severamente, en efecto, al no serle borrados los recuerdos del amor de William (en su lugar son alterados para hacerlos más fuertes), esencialmente obligada a recordarlo y exiliada al lugar que más odiaba, el desierto, fuera de "cobertura". Sus últimas palabras de la película (retratadas a través de la voz en off de los acontecimientos del final de la película y un montaje de su pobre y "mendiga" vida y existencia) son: "Te echo de menos".