その82年後の1931年、音楽を志す英国の青年フロビシャー（ベン・ウィショー）は、往年の大作曲家エアズ（ジム・ブロードベント）の下で採譜係として雇われる。彼はユーイングの航海日記を愛読しながら自分の交響曲を作曲していたが、曲と自分の自由を奪おうとしたエアズを銃で撃ってしまったため逃亡生活を送ることになる。フロビシャーは『クラウド・アトラス六重奏』を完成させた後、手紙を書き続けていた恋人シックススミス（ジェームズ・ダーシー）に遺書を残し、拳銃自殺する。
巨大企業の陰謀

その42年後の1973年、シックススミスは米国で物理学者となり、フックス（ヒュー・グラント）らが進める原子力発電所計画に従事していた。シックススミスは原発の欠陥を告発するためにジャーナリストのルイサ・レイ（ハル・ベリー）に報告書を託そうとするが、原発事故を望む石油マネーが雇った殺し屋ビル（ウィービング）に射殺される。報告書とフロビシャーの手紙を手にしたルイサも命を狙われるが、ルイサの亡父の戦友ネピア（キース・デイヴィッド）と共に殺し屋に立ち向かう。最後にはシックススミスの姪メーガンの協力により報告書は公開され、真実が明らかになる。
ある編集者の大脱走

その39年後の2012年の英国。編集者カヴェンディッシュ（ブロードベント）の手元には新人作家の原稿、『ルイサ・レイ事件』がある。作家ダーモット（ハンクス）は目の敵にしていた批評家をパーティの最中に殺害して時の人となり、ダーモットの出版元であったカベンディッシュは大儲けするが、ダーモットの舎弟たちに恐喝され富裕な兄デニー（グラント）に助けを求める。カヴェンディッシュはデニーに騙され収容所同然の老人介護施設に入所させられてしまうが、入居者仲間と計画を立て、凶暴な看護師ノークス（ウィーヴィング）たちに立ち向かい施設から脱走する。そして自伝小説『カヴェンディッシュの大脱走』を執筆しながら、青春時代の恋人アーシュラ（スーザン・サランドン）と愛に満ちた余生を過ごす。
伝説のクローン少女と革命

その132年後の2144年。統一政府を戴く未来社会では、遺伝子操作で作られた合成人間（複製種）たちが人間（純血種）に支配され、労働力として酷使されていた。ネオソウルで給仕係をしていた複製種ソンミ451（ペ）は、あるとき純血種の映画（『カヴェンディッシュの大脱走』）を見て自分の境遇に疑問を抱く。その後ソンミは革命家チャン（スタージェス）に救出され、解放されたはずの複製種の仲間たちが殺され複製種の食事にされている実態を知らされる。革命軍は放送施設を占拠、ソンミは全世界に向けて演説を行う。同時に革命軍は政府軍の強襲を受け、チャンと仲間は戦死。捕らえられたソンミも、統一政府から派遣された官僚に真実とチャンへの愛を語ったあと、処刑される。
崩壊した地球での戦い

その177年後の2321年。文明の崩壊した地球。ある島では島民たちは凶悪な人食い族に怯えながら、女神ソンミを崇め、素朴な生活を送っていた。島の住民ザックリー（ハンクス）は彼の心の闇の部分であるオールド・ジョージー（ウィーヴィング）に悩まされ続けており村でも孤立していた。ある日、「昔の人」の技術を持つプレシエント族の女性メロニム（ベリー）が、人々が恐れる「悪魔の山」へのガイドを探して村にやってくる。ザックリーは過去の様々な魂の記憶を夢に見て巫女アベス（サランドン）から三つの啓示を賜る。最初の啓示によってメロニムと共に人喰い族から逃れたたザックリーは、姪の命を救ってもらう代りにガイドを引き受ける。二つ目の啓示によってオールド・ジョージーの囁きに打ち勝ってメロニムの命を救い、無事に山頂にたどり着く。メロニムは山頂の宇宙港から地球外コロニーへの救難信号を送信する。汚染により地球人類は滅びかけていたのだ。山から戻ると村は人食い族の襲撃により全滅しており、ザックリーは三つ目の啓示を守らなかったために追撃を受けて窮地に陥るが、メロニムの銃に助けられて生き延び、唯一助かった姪とともにプレシエント族の施設に移住する。
エピローグ

2346年、場面は最初の老いたザックリーに戻る。語っていた相手は沢山の子供たちで、舞台は地球から遠く離れた惑星。共に老いたザックリーとメロニムが仲睦まじく寄り添う姿で幕は閉じられる。
キャスト
主要人物
アダム・ユーイング
演 - ジム・スタージェス1849年の主人公。奴隷船の公証人。胸に彗星型の痣がある。
ロバート・フロビシャー
演 - ベン・ウィショー1931年の主人公。作曲家志望の青年。背骨の辺りに彗星型の痣がある。
ルイサ・レイ
演 - ハル・ベリー1973年の主人公。女性ジャーナリスト。鎖骨の辺りに彗星型の痣がある。
ティモシー・カベンディッシュ
演 - ジム・ブロードベント2012年の主人公。老編集長。右足首の辺りに彗星型の痣がある。
ソンミ451
演 - ペ・ドゥナ2144年の主人公。労働専用のクローン人間。首の辺りに彗星型の痣がある。
ザックリー
演 - トム・ハンクス2321年の主人公。崩壊した文明の羊飼い。後頭部に彗星型の痣がある。
ルーファス・シックススミス
演 - ジェームズ・ダーシー1931年と1973年の両方の時代に登場する唯一の人物。物理学者。フロビシャーの恋人でありルイサ・レイに重要な報告書を託す。