在一列急速行驶的火车上，顶尖的物理学家埃米尔正在带着原子弹的研究资料离开德国，前往瑞士。但纳粹却派出了士兵追杀他。埃米尔在火车上遇到了昔日的恋人西蒙，西蒙作为一名为盟军效力的女杀手，她接到任务是处决埃米尔。埃米尔研究出了能够安装在手表里的炸弹，此时的列车距离目的地太远，而炸弹随时可能爆炸。最终，埃米尔向德军坦白了自己身上带着炸弹的事实，炸弹是否引爆，关乎到一个深奥的物理学问题。而火车的走向也同样关乎到这个问题，就像“薛定谔的猫”那样，炸弹也许会在巴黎引爆，也许会在柏林引爆。