凯尔·普拉特(茱迪·福斯特饰)的丈夫坠楼身亡，满心创痛的她只想尽快带着6岁的女儿赶回温暖的家，登上从柏林飞往纽约的飞机。然而飞机起飞后女儿不翼而飞。所有的证据都证明她的女儿没有登机，所有的人都怀疑凯尔的神经有问题，但是作为一个母亲，她深信不疑自己的女儿就在这架飞机上，并 且誓要把莫名失踪的女儿找回来。凯尔是飞机的设计者，对于飞机的每一个内部构造都了然于心，带领观众揭开飞机每一个构造的时候，也纷纷揭开了一个惊天的阴谋。最终飞机爆炸，紧急迫降。当被疏散的乘客和机组人员看见飞机上走下抱着女儿的凯尔时，对母亲的决心和信心涤荡起从心而起的尊敬。
最近丧偶的柏林美国航空工程师凯尔·普拉特 (Kyle Pratt) 将丈夫大卫的遗体带回美国，带着她 6 岁的女儿朱莉娅 (Julia)，乘坐她帮助设计的一架飞机，一架全新的埃尔金 E-474（大致以空客飞机为基础）阿尔托航空公司运营的A380（飞机分类号与波音 747类似）。凯尔从午睡中醒来，发现朱莉娅不见了，乘客或机组人员都不记得见过她。空乘人员斯蒂芬妮告诉凯尔，没有她女儿登机的记录，凯尔也找不到朱莉娅的登机牌和背包。在惊慌失措的凯尔的坚持下，机长马库斯·里奇对飞机进行了搜查，而空警则吉恩·卡森监视着她。
凯尔透露，她的丈夫从一座航空电子制造大楼的屋顶上坠落身亡，她怀疑这是自杀。里奇船长收到来自柏林一家医院的消息，称朱莉娅与她的父亲一起去世，并确信凯尔因丈夫和女儿的死亡而精神错乱，幻想着将朱莉娅带上船。越来越不稳定的凯尔被限制在座位上，治疗师丽莎安慰她。凯尔怀疑自己的理智，直到她注意到朱莉娅在她座位旁边窗户上的凝结物中画出的心。
凯尔要求使用卫生间，她爬进头顶的爬行空间并破坏了飞机的电子设备。在随后的混乱中，她乘坐升降机来到下层货运甲板，打开了大卫的棺材，怀疑朱莉娅在里面，但只发现了她丈夫的尸体。卡森戴着手铐护送她到座位上，并解释说，该航班正在加拿大纽芬兰和拉布拉多省的古斯湾机场紧急停留，她将在那里被拘留。
她恳求卡森搜查飞机的货舱，卡森则偷偷溜到货舱。他取出隐藏在大卫棺材中的两枚炸药和一个雷管，并将炸药放置在航空电子设备部分。据透露，卡森和斯蒂芬妮密谋劫持飞机，勒索 5000 万美元赎金，并陷害凯尔；他们绑架了朱莉娅，诱使凯尔打开棺材。卡森向里奇谎称凯尔威胁要轰炸飞机，除非将赎金汇入银行账户并且G3飞机在着陆时做好准备。然后他计划引爆炸药，杀死朱莉娅，并让凯尔死在她手中，雷管在她手中。
飞机降落在纽芬兰，当乘客下飞机时，飞机被联邦调查局特工包围。凯尔与里奇对峙，里奇愤怒地宣称赎金已经支付。意识到卡森就是肇事者后，她很快扮演了劫机者的角色，命令卡森留在船上，并命令船员离开。飞机门关闭后，她用灭火器将卡森打昏，将他铐在栏杆上，并从他的口袋里取出雷管。卡森很快恢复意识，挣脱束缚并追赶凯尔，凯尔将自己锁在驾驶舱内，但她通过将活页夹扔到上层舱门外作为诡计，成功将卡森引开，这样她就可以逃脱。与凯尔发生口角后，深感愧疚的斯蒂芬妮惊慌失措地逃离了客机。
凯尔找到了昏迷不醒的朱莉娅，但卡森赶到，透露他谋杀了大卫，以便将炸药偷运到他的棺材里，并堵住朱莉娅的嘴，将其扔进食物箱，相信乘客和机组人员都不会注意到。当卡森向朱莉娅开枪时，凯尔和朱莉娅逃进了飞机的不可燃货舱。她引爆了炸药，杀死了卡森并损坏了飞机的起落架，但当机组人员意识到她一直说的是实话时，她和朱莉娅毫发无伤。第二天早上，在机场的乘客候机区，里奇机长向坐着的凯尔道歉，凯尔抱着朱莉娅，斯蒂芬妮因犯罪而被联邦调查局特工带走，而另一名特工告诉他们，柏林太平间主任也已被逮捕。被捕, 并补充说，他们正在追查另一名从登机名单中删除朱莉娅记录的同谋。凯尔带着朱莉娅穿过意识到真相的乘客群，默默地救赎了自己。当一名乘客协助凯尔将行李装上一辆等候的货车时，朱莉娅醒了，睡眼惺忪地问道：“我们到了吗？” 当他们开车离开时。