Cinque studenti di medicina, decisi a svelare i misteri della morte e dell'aldilà mediante un esperimento avventato, vivono in prima persona un'angosciante esperienza di premorte. Flatliners - Linea mortale segue le vicende della visionaria studentessa Courtney Hall (Ellen Page), la cui ambizione sfrenata la spinge a coinvolgere un gruppo di compagni in una ricerca audace e pericolosa, al limite della fantascienza. Riuniti in un laboratorio del seminterrato della facoltà, i ragazzi a turno si stendono sul lettino lasciando che gli altri gli fermino il cuore; anche i più scettici tra loro assistono e riconoscono gli effetti del "risveglio" sulle funzioni cerebrali, oltre alle potenzialità della scoperta scientifica. Ma al ritorno dall'altra dimensione, le giovani promesse della medicina cominciano a essere tormentate da orrende allucinazioni visive e uditive, immagini di un passato sepolto, ricordi sgranati tornati a fuoco. L'esperimento cominciato per verificare l'esistenza dell'aldilà, finisce per aprirne le porte e punire chi ha osato sconfinarvi.