故事发生在横跨俄罗斯的西伯利亚大铁路上，杰西（艾米莉·莫迪默饰演）和丈夫罗伊（伍迪·哈里森 饰演）坐火车沿着西伯利亚大铁路前往莫斯科，在形形色色的俄罗斯乘客中，这对美国夫妇显得特别局促、保守而且无知。中途上来了另一对情侣：卡洛斯（爱德华多·诺列加饰演）和女友艾比（凯特·玛拉 饰演），这两对男女之间产生了微妙的关系，杰西与卡洛斯眉来眼去，情愫暗生。火车在俄罗斯的一个偏远小镇稍作停留，大家下车休息，罗伊莫名其妙的消失了，其他乘客重新上车，旅程继续。杰西在婚前本就是风流女子，罗伊不在便与卡洛斯打得火热。这趟奇异的西伯利亚之旅不仅有奸情，还有谋杀和犯罪，好戏轮番上演，警官Grinko上车来调查一起毒品案件，却盲打误撞牵引出几位主角的秘密。罗伊和杰西是一对中年美国夫妇，丈夫罗伊是一个五金商店的老班，热情淳朴，热衷于帮助教堂传播福音；妻子杰西是一个摄影师，口尖舌利，略显刻薄；杰西婚前是个风流快活的主儿，跟老好人罗伊结婚后虽然收了心，但血液里还是流淌着不安份的因子，与丈夫貌合神离。两人随教团在中国做了两周的自愿者，之后决定乘坐著名的Trans-Siberian火车前往莫斯科，观赏沿路的异域风光。在旅途中罗伊夫妇结识了一对年轻的情侣卡洛斯和艾比，四人相谈甚欢。火车在俄罗斯偏远小镇上稍作停留，旅客们纷纷下车休息，但火车再次启动时，杰西发现丈夫罗伊并没有上车。剧情就此急转直下，之前的轻松愉悦荡然无存，气氛逐渐沉重和惊悚。其他的乘客都热心帮助寻找突然失踪的罗伊，但很快杰西发现这些人的动机并不单纯。落单的杰西抵抗不了诱惑，与卡洛斯勾搭成奸。原本温暖和谐的车厢一路演变成地狱，充斥着谋杀、欺骗、谎言和罪行。