冰冷血腥、精密恐怖的立方体外部，埃瑞克·韦恩（扎卡里·贝内特ZacharyBennett饰）和多德（戴维·哈本德DavidHuband饰）两名看守者百无聊赖应否手头的工作，偶尔一瞥屏幕中受困者的行动。这一次，美丽干练的妈妈卡珊德拉•瑞恩斯（史蒂芬·穆尔StephanieMoore饰）和女儿安娜在林间遭到袭击。当她醒来时，发现自己丧失部分记忆，身处一个隔绝密闭的空间。她好不容易找到另外四名受困的陌生人，并和他们策划逃脱，谁知设施内杀机四伏，稍不留意便会毙命。另一边，埃瑞克对受困者渐渐产生同情，他似乎试图破坏这座充满阴谋的杀人机器……本片荣获2004年纽约恐怖电影节最佳特效奖、2004年尖叫电影节最佳化妆和最佳特效奖。
雷金是一个试图逃离魔方的人。当他进入一个被困的房间时，他被喷洒了一种神秘的液体，他担心这种液体是酸的，结果发现它尝起来很甜，以为这是调味水，拼命喝它来解渴。然而，他惊恐地发现，这是一种强大的分子碱，几分钟后就会融化他的整个身体，杀死他。
埃里克·韦恩 (Eric Wynn) 和多德 (Dodd) 两名技术人员在远程观察室对立方体中的房间进行监控，他们不知道自己的雇主是谁。两人经常在工作期间下棋，韦恩因此展示了心算能力，他用这种能力来预测多德的棋步。
韦恩和多德奉命记录一个对象卡桑德拉·雷恩斯的梦。在梦中，韦恩看到雷恩斯和女儿在森林里散步时被抓获。雷恩斯在立方体中醒来，遇到了其他居住者：罗伯特·哈斯克尔、杰利科、梅耶霍尔德和巴托克。哈斯克尔额头上有与俘获雷恩斯的士兵相同的纹身。然而，哈斯克尔和其他人一样，只知道自己的名字，不记得自己的前世或如何到达那里。据韦恩和多德所知，立方体中的每个人都面临着死刑，并自愿参加心理实验。然而，雷恩斯的档案中没有找到她的同意书。俘虏们冒险穿过立方体，首先将靴子扔进去测试每个房间是否有陷阱。巴托克、杰利科、梅耶荷德都被各种陷阱杀死，
上级打来的电话指示韦恩和多德为欧文执行“退出程序”，欧文是他们的前同事，现在是一名测试对象，已经到达了立方体的一个出口。在欧文对一个问题（无论他是否相信上帝）回答“否”后，程序失败，促使多德按下“否”按钮，导致欧文立即被焚毁。多德表示，没有人正面回答过这一问题。韦恩得出结论，立方体是不人道的，人们是在违背自己意愿的情况下被安置在其中的，因此决定亲自进入立方体并营救雷恩斯：他进入与立方体入口相通的电梯，最终与雷恩斯和哈斯克尔会合。
多德的主管贾克斯和两名分析师也来到了观察室，他们都得知了这一事件。贾克斯将立方体的成员困在一个房间里，然后给墙壁通电，将他们电死。多德心软了，并秘密破坏了为立方体服务的控制面板。这会关闭所有陷阱并启动“重置模式”，在消毒程序蒸发掉里面的所有东西之前，囚犯们可以在十分钟内逃离立方体，因为立方体的房间会返回到初始位置。贾克斯发现了多德的背叛并杀死了他，然后他通过植入哈斯克尔体内的芯片激活了哈斯克尔的潜伏特工。哈斯克尔对他的同伴产生敌意，他们挣扎着继续逃跑并把他抛在身后。他们到达出口时发现哈斯克尔正在等他们。在随后的斗争中，
韦恩和雷恩斯游过水，出现在湖中。他们跑过一片类似于雷恩斯梦中看到的森林，同时被士兵追赶。韦恩被镇静下来并被重新抓获，让雷恩斯得以逃脱。他在手术室醒来，贾克斯告诉他，他因叛国罪被判刑，多年前他就同意成为测试对象，尽管韦恩既不记得审判，也不记得签署同意书。韦恩的大脑接受了手术改变，他梦见雷恩斯与她的女儿重聚，并称赞他是超级英雄。韦恩现在患有精神障碍，被放回立方体，并被新俘虏发现。他反复提到房间的颜色，并表示他想回到不同的颜色，类似于第一部《魔方》电影中的喀山。