法国女留学生埃尔莎（刘亦菲 饰）在成都爱上了丝绸研究员、尺八高手马荣（黎明 饰），后又在巴黎与马荣的兄弟、纹身师建民（刘烨 饰）之间产生情感。前者找到了一种符合他理想的蚕——夜孔雀，后者把蝶化的夜孔雀永远铭刻在艾尔莎的肌肤上。

缪大同（佟大为饰）是一个爱情理想主义者。他在国外主修心理学，最擅长用现代心理科学来解释人的梦境。于1947年博士学成归来，回到四川嘉阳县， 踌躇满志准备做当地的第一个精神分析医生。为了搭救因革命活动锒铛入狱的未婚妻尹本，接受了一个姓狄的大法官（此人自称“嘉阳狄仁杰”）（王双宝饰）交给他的使命，即通过对女性梦的解析， 找到狄法官心目中的红颜知己，从而狄法官释放缪大同的未婚妻。在释梦过程中结实翁女士（郑秀文饰），一场荒诞不羁的性梦破解之旅即将展开。

故事发生在上世纪的80年代。著名的植物学家在一个岛上培育研究植物，他的性格严厉保守，与女儿陈安（李小冉 饰）相依为命。这天，混血女子李明（米兰妮•詹姆帕诺米 Mylène Jampanoï 饰）前来岛上实习，她父母在唐山地震中双双亡故。陈安于李明朝夕相处，二人暗结断背情愫，感情日渐深厚难分。