シカゴの医大の学生ネルソン（キーファー・サザーランド）は死の壁の向こうを覗こうと自ら実験台になる計画を仲間に打ち明け、女子学生のレイチェル（ジュリア・ロバーツ）、停学処分を受けているデヴィッド（ケヴィン・ベーコン）、プレイボーイのジョー（ウィリアム・ボールドウィン）、医学による人類創世を夢想するランディ（オリバー・プラット）の4人の野心的な学生が協力することになった。大学の美術館に秘密裏に集まった彼らは人工的にネルソンの心臓を停止させ、そして1分後に蘇生を試みた。死後の世界から戻ったネルソンはそこで記憶の中の不思議なイメージを見たと語る。次にジョーが実験台になり、彼は歪んだ女たちのイメージを見る。実験からしばらく経った後、2人を幻覚が襲う。ネルソンが子供の頃木の上に追いつめて誤って殺してしまった少年ビリーが実体化して彼に傷を負わせ、ジョーは恋人と一緒の時、過去に弄んだ女たちの姿をＴＶ画面に見る。しかしそんなものを信じない実証派のデヴィッドは自ら心臓停止状態（フラットライナーズ）を3分50秒に引き延ばして実験に臨むが、彼もまた幼い頃いじめた黒人少女ウィニーの幻影を見る。そして最後に実験を受けたレイチェルは、戦争から帰り麻薬を射っている所を彼女に見られたことで自殺した父の姿を目撃する。彼らは死後の世界から潜在的な罪の意識を蘇らせてしまったのだ。デビットは成人したウィニーを訪ね謝ることで、レイチェルは幻影の中の父に許しを乞うことで罪の意識から解放されるが、ネルソンはビリーの墓石に祈ることでは許されず、1人で再び実験台に上り死界に戻ることを決意する。そこでネルソンはついにビリーが微笑むのを見る。その頃ネルソンの行動に気づいたデヴィッドらは急行し蘇生を始めていた。死後の世界から目覚め仲間たちの顔を目にしたネルソンは自分がついに許されたことを知るのだった。