Stellen Sie sich vor, es gäbe eine Maschine, die ihre Erinnerungen auf andere überträgt... Den Wissenschaftlern Lilian Reynolds (Natalie Wood) und Michael Brace (Christopher Walken) gelingt eine sensationelle Erfindung: ein Gerät, das in der Lage ist Gedanken, Gefühle, und Erlebnisse auf einem Magnetband aufzuzeichnen und in ein fremdes Gehirn zu übertragen.
Als die herzkranke Lilian einen schweren Herzanfall erleidet, entscheidet sie sich ihren eigenen Tod zu dokumentieren, um Michael die Möglichkeit zu geben, wissenschaftliche Erkenntnisse über die Geschehnisse während und nach dem Tod zu gewinnen.
Doch ihr skrupelloser Geldgeber, der Industrielle Alex Terson (Cliff Robertson), verkauft das Gerät an das Militär, wo es zur Gehirnwäsche genutzt werden soll. Gleichzeitig ordnet er an, das Band mit den Todeserfahrungen Lilians unter Verschluss zu halten. Verzweifelt versucht Michael, Zugriff auf das sogenannte "Geheimprojekt Brainstorm" zu bekommen...