そして予知システムの全国規模での導入に対する国民投票が近々行われようとしている中、司法省調査官のダニー・ウィットワーが局を訪れ、システムの完全性を調査するための視察が開始。ウィットワーの指揮下でプリコグらのいる「聖域」にもアンダートンを初めとした予防局の部隊メンバーが同行させられながら視察のメスが入っていく。そして視察が一旦終わった直後、プリコグの一人で紅一点のアガサが目を見開いたかと思うと、突如ジョンにしがみついて「あれが見える？」と問いながら、湖のある森で1人の女性が黒づくめの人間に襲われ湖に叩き込まれて溺れ死んでいく予知映像を見せてきた。プリコグは稀にこうした事件の予知を繰り返しながら見る「エコー」と呼ばれる現象を起こすのだが、何かが引っ掛かったジョンは未来犯罪者の収容所に赴き、監視担当者のギデオンに溺死関連の事件データを検索させて調べ始める。その結果、見つかった事件の容疑者は「ニューロイン」という麻薬の中毒者にして網膜捜査を逃れるために手術で眼球を取り替えた身元不明の男で、その男に湖で殺されそうになった被害者は同じくニューロイン中毒だったが後に更生施設に入ってその克服に成功したアン・ライブリーという初老の女性だと判明。だが、予知されていたその事件の記録映像を確認しようとすると何故かアガサの予知映像だけが無く、被害者女性であるアンの現在も調べるとその防がれた事件の後に謎の失踪を遂げていた。ジョンは違反を承知の上でその事件のデータをコピーし、予防局局長のラマー・バージェスにそれを見せて報告するが詳細は分からず、予知システムの今後についての話が優先された。

翌日、ウィットワー調査官の視察が続く中で新たに殺人事件が予知されるが、そこには見ず知らずの他人であるリオ・クロウなる男を射殺するジョンの姿が映っていた。それに驚愕しながらもジョンはウィットワーの罠にかかったと確信して逃亡を始める。追手のウィットワー達をも何とか振り切ると、予知システムの考案者であるアイリス・ハイネマン博士の元を訪れる。そこで助けを求めるジョンだが、彼女はシステムが偶然の発見から生まれたものであることを明かす。ハイネマンは元々、ニューロインの中毒患者から生まれた遺伝子疾患を持つ子供達の研究を行っており、その子供達の大半は12歳までに亡くなってしまったが、その中で生き延びた少数の子達は予知夢の能力を獲得しており、それが発端となってシステムが開発されたのだった。そして予知システムでは時に3人の予知が食い違うことがあり、それによる少数の意見、即ち"マイノリティ・リポート"にあたる予知はシステムの完全性に綻びを生じさせないために存在を秘匿され、なおかつ破棄されていた。そしてそのリポートはプリコグ達の中でも特に能力の強い紅一点のアガサの脳内にのみ保存されているという。

ジョンはアガサからマイノリティ・リポートを入手して自らの無実を証明すべく、予防局はもちろん街中に張り巡らされた網膜スキャナーを掻い潜るために闇医者のエディ・ソロモンに依頼し、手術を受けて他人の眼球を自らの目として移植。そうして摘出した自らの眼球も使い、局内に潜り込んでアガサの誘拐に成功する。続いてジョンは連れ出した彼女と共にシステムの操作系統を設計したルーファス・T・ライリーの元を訪れ、彼の手を借りてアガサの脳内を探るが、無情にもジョンのマイノリティ・リポートは存在しなかった。それを信じられないジョンに対し、アガサは再び湖でのアン・ライブリー溺死事件の予知映像を巻き戻しながら見せるが、アンを襲った黒づくめの犯人の顔が出る前に追っ手の部隊が近付いてきたことで映像は途切れてしまった。

再びアガサと共に逃げ出したジョンは真相究明を諦めることなく、最後の手掛かりであるリオ・クロウの部屋へと向かうが、そこには子供の写真が大量に散らばっており、その中に息子のショーンの写真があるのを発見する。そしてジョンはマイノリティ・リポートが出なかった以上はプリコグの予知が正しかったと自覚。直後にその場に現れたクロウがショーンを誘拐した犯人だと悟って彼に飛びかかり、ショーンをどうしたか詰問する。そしてクロウがショーンを誘拐した上で殺害したのを認めたことで悲しみと怒りに震えたジョンは彼を叩きのめすと、あの予知通りクロウに銃を突き付けて殺そうとした。しかし、アガサからの制止もありジョンは予知された時刻を迎えても何とか怒りを鎮めて、誘拐殺人犯として逮捕するためクロウにミランダ警告を告げて彼の殺害を思い留まることが出来た。ところが、それに対しクロウは「知らない男から電話で頼まれ子供の写真も掴まされたので誘拐殺人犯を装っただけで、自分が殺されないと家族に金が渡らない」と訴えて殺害するよう懇願し、結果的に例の予知を現実にする形でその場を去ろうとしたジョンに自身を無理矢理撃たせて絶命した。クロウも何者かに利用され、ショーン誘拐殺人の犯人に仕立て上げられていたのだった。

そしてジョンがアガサと共に再び逃走した後、そのクロウ殺害の現場を捜査したウィットワーは、現場の不自然な状況からこの事件が意図的に引き起こされたものであると察し、彼もその犯人である何者かがジョンを陥れていると確信する。そしてアガサがジョンに見せたエコーとされるアン・ライブリー溺死事件予知の記録映像も調べた結果、ウィットワーはとある事実を突き止めた。

ウィットワーは直ちにラマー局長に連絡してジョンの自宅に呼び出すと、アガサによるアン・ライブリー溺死事件予知の記録映像と他の双子のプリコグによるそれを見せ、その２つの映像で僅かに違っている箇所があるのを指摘し、これらは同じ事件の予知映像ではなくそれぞれが異なる時間帯に起きた２つの事件のそれだという事と、そこから自身の推理で導き出した真実を述べる。事件の真犯人はニューロイン中毒者のホームレスを雇って被害者女性のアン・ライブリーを襲わせ、それをプリコグ達が予知する事でそこに駆け付けた予防局の部隊がその犯人となったホームレスを逮捕して去った後、真犯人は自身とアン以外に誰もいなくなったその現場で先のホームレスと同じ姿に変装し、改めて彼女を同様の形で襲い殺害。当然その殺人も予知されるが、そこでの映像は一見すると先の防がれた事件の予知映像と変わらないため、予防局のモニター確認担当の技師はその殺人の予知映像をエコーだと判断して抹消。結果的に真犯人によるアン・ライブリー殺人事件は防がれないどころかその存在も見落とされたまま済んでしまう。そして、そこまでの事が実行できた真犯人は、この予知システムを熟知しそのデータを自由に閲覧出来る犯罪予防局の高官に位置する者であるとも説明した。しかしその直後、ラマーはアガサの抜けたプリコグの犯罪予知システムが機能していない事を告げると、突如ジョンが所持していた拳銃でウィットワーを射殺してしまう。全ての黒幕はラマー局長であった。

その頃、アガサを連れたジョンは妻のララの家に向かい真相に辿り着こうとするも、事前にララから夫のジョンの助けを求める連絡を受けていたラマー局長の手回しにより、そこに駆けつけた予防局の部隊によってウィットワー殺害の容疑も着せられた上で遂に逮捕されて収容所に投獄される。そしてアガサは再び予防局のシステム内に戻され、改めて犯罪予知システムが全国で導入されることとなった。しかし、ラマーがアン・ライブリー溺死事件についてジョンと犯人しか知り得ない情報を口にしたのを聞き、ラマー局長こそが一連の事件の黒幕であると気付いたララが、ジョンが手術で摘出していた眼球を使って収容所へと潜入し、監視担当のギデオンに銃を突き付けてジョンを脱獄させる。そして予知システムの全国導入を祝うパーティ会場で、ララの協力も得ながらジョンは突き止めた真実をラマー局長に通信で解き明かしながら、大勢の聴衆の前でアガサが見せたあの溺死事件の全容を流した。消息を絶った被害者女性のアン・ライブリーはアガサの実の母親で、最初は薬物中毒に溺れていたが何とかそれを断ち切って更生し、予防局に大事な娘のアガサを返すよう迫っていた。しかし、予知システムが機能するのに必要不可欠なアガサを失う訳にはいかないラマー局長は邪魔者でしかないアンを消すべく、ウィットワーがいち早く突き止めていた通りシステム上の盲点を突いた巧妙なトリックを用いてアンの謀殺を実行。そうして目論見通り、その殺人は発覚を免れて殺されたアンもそのまま湖に沈んだことで行方不明者として処理される一方、さらなる隠蔽のためにラマーは予防局のデータベースに記録されたアガサによる自身のアン殺害の予知映像データをも消し去って事無きを得ていた。だが今になって、アガサの脳内に唯一残っていた問題の予知映像を彼女に見せられたことでアンの存在を知り疑問を抱いたジョンがその捜査を始めようとしたため、真相が暴かれるのを恐れたラマーはあのリオ・クロウを買収して彼にジョンの大切な息子であるショーンの命を奪った誘拐犯を演じさせ、それに騙されたジョンが怒りでクロウを殺害して収容所に投獄されるよう仕向けていたのだった。