Owen (Proband 1) und Annie (Proband 9) erhalten die Einführung in das bereits weit fortgeschrittene Experiment („Phase 3 des ULP-Tests“) von NPB, das alle konventionellen psychologischen Behandlungsformen revolutionieren und ersetzen soll. Dazu soll unterstützt von einem Super-Computer eine dreistufige Behandlung (geprägt von drei Pillen mit den Bezeichnungen A, B und C in den Stufen Identifikation, Analyse und Konfrontation) durchgeführt werden, die die Probanden von allen psychischen Problemen befreien soll. Sie lernen in einer Präsentation James K. Mantleray und Robert Muramoto kennen, die die Behandlung entwickelt haben.

Nach Einnahme der Pille A durchlebt Annie den letzten gemeinsamen Tag mit ihrer jüngeren Schwester Ellie, zu der sie nach dem Verlust der Mutter ein schwieriges Verhältnis hat und die von ihr teilweise sehr abweisend behandelt wird. Ellie stirbt am Ende bei einem gemeinsamen, schweren Verkehrsunfall.

Owen berichtet Dr. Muramoto von dem schlimmsten Ereignis in seinem Leben, der Verlobungsfeier seines Bruders Jed. Dieser steht unter einer Anklage, bei der Owen der elementare Entlastungszeuge sein soll. Jed erpresst Owen entgegen der Wahrheit auszusagen, in dem er androht seine Existenz zu vernichten. Owen stürzt sich daraufhin vom Dachgarten der Familie, wird jedoch unverletzt einige Meter tiefer von einem Dachfenster aufgefangen, unter dem die Gäste feiern.

Muramoto schenkt der Erzählung keinen Glauben und verlangt von Owen die Pille A erneut zu schlucken, wodurch dieser nun tatsächlich sein erstes schizophrenes Erlebnis durchlebt. Darin erinnert sich Owen an seine Freundin, von der er glaubte, sie wäre von seiner Familie bezahlt um ihn auszuspionieren, was schlussendlich zu seiner Einweisung und der Diagnose Schizophrenie führte.

Als Dr. Muramoto bei der bevorstehenden Suspendierung von Allie plötzlich wegen eines Eigenkonsums der Pillen tot umfällt, nutzt sie die Chance, sich und Owen durch eine Manipulation der Akten im Experiment zu halten.

Um die medizinische Studie, die kurz vor dem Abschluss steht nicht zu gefährden, überzeugt seine Stellvertreterin Azumi den anonymen Hauptverantwortlichen von NPB sofort den zuvor wegen schwerwiegender persönlicher Probleme ausgeschiedenen Erfinder der Behandlungsmethode, Dr. James K. Mantleray, in das Experiment zurückzuholen.

Die künstliche Intelligenz des Super-Computers GRTA, der die Studie steuert, entwickelt unterdessen Emotionen und ein Eigenleben.

Die beiden schaffen es gemeinsam, den zwischenzeitlich von Pelzhändlern entführten Lemur wiederzufinden und nach einer brutalen Auseinandersetzung mit diesen und der Polizei zur Tochter der Verstorbenen zu bringen. Diese nimmt das Tier aber nicht an, da sich ihre Mutter mit dem Geschenk offensichtlich nur wegen ihres zerrütteten Verhältnisses rächen wollte. Annie erkennt darin Parallelen zu ihrer eigenen Geschichte. Owen wird am Ende wegen des illegalen Lemurs verhaftet, nimmt aber jede Schuld auf sich um Annie zu entlasten.

In der Realität wird diese – offensichtlich durch GRTA vorsätzlich erzeugte – Verbindung durch Azumi im Labor von Neberdine Pharmaceutical Biotech entdeckt und durch manuelle Eingriffe unterbrochen, was Annie und Owen aber jeweils nur kurzzeitig trennen kann. Annie wird dabei immer wieder in Szenen mit ihrer Schwester versetzt, die im Labor spielen. Annie und Owen stehlen schließlich gemeinsam ein sagenumwobenes, unveröffentlichtes 53. Kapitel des Buches Don Quichote, dem nachgesagt wird, dass jeder, der es liest, in ein dauerhaftes Koma fällt. GRTA erscheint unbeabsichtigt von NPB als zentrale Figur in den Traumwelten und nimmt dabei das Abbild von Greta Mantleray ein.

Annie spielt ein falsches Spiel mit Owen und entwendet ihm das Manuskript um es selbst lesen zu können. Owen hat dies aber vorausgesehen und das Manuskript ausgetauscht. Während Annie verschwindet wird klar, dass Owen lediglich die Sicherheitsmaßnahmen der Villa prüfen sollte und das Kapitel die ihm nachgesagten Fähigkeiten offensichtlich gar nicht besitzt. Er trifft auch seine Ex-Freundin Olivia, der er aber einen Korb gibt.

Azumi entdeckt, dass GRTA emotionale, depressive Züge annimmt und aktiv in das Experiment eingreift.

Dr. Mantleray befragt, unterstützt von GRTA, die Probanden und führt diese mittels der Erlebnisse nach Einnahme der B Pille zur Erkenntnis ihrer psychischen Probleme. Bei Annie wird eine Borderline-Störung wegen der traumatischen Erlebnisse um den Verlust ihrer Mutter und ihrer Schwester diagnostiziert.

Annie erkennt die durch GRTA erzeugte Verbundenheit zu Owen, der diese Vorstellung nun nach seiner Diagnose aber zuerst ablehnt.

Azumi berichtet Dr. Mantleray über eine Manipulation an GRTA, deren weibliche Identität damit zu Emotionen fähig wurde und ein Verhältnis mit Dr. Muramoto entwickelte. Nach dessen Tod verfällt GRTA nun in eine Depression. Um diese Depression zu behandeln, soll die Mutter von Dr. Mantleray, Greta Mantleray, eine sehr populäre Psychologin, hinzugezogen werden, zu der Mantleray seit Jahren keinen Kontakt mehr besitzt.

GRTA bedroht zunehmend die Probanden und erpresst Owen dahingehend, dass er weiter an der Studie mit der Einnahme der C Pille teilnimmt.

In der nun startenden Konfrontationsphase findet sich Annie gemeinsam mit ihrer Schwester als Elfin in einer Welt, die der von Herr der Ringe ähnelt, wieder.

Annie und ihre Schwester Ellie suchen nach einem mystischen See, in dem die schwere Erkrankung von Ellie geheilt werden soll. Dabei durchlebt Annie eine intensive Krise, findet aber zunehmend zu sich und den Gründen ihrer Probleme.

Greta Mantleray hat sich ebenfalls in die von GRTA überwachte Traumwelt begeben und versucht dort erfolglos, den durch sie selbst dargestellten Computer im Zwiegespräch zu verstehen.

Annie hat mit ihrer Schwester zwischenzeitlich den gesuchten See gefunden, der die Todesstelle von Ellie symbolisiert. Es erscheint eine mächtige Königin und bietet Annie an, dauerhaft in der Traumwelt bleiben zu können. Der eintreffende Owen wird von GRTA scheinbar getötet, Annie durch die Königin von Ellie getrennt und mitgenommen.

Azumi, Dr. Mantleray und seine Mutter suchen derweil gemeinsam nach einer Lösung für das zunehmend erratische Verhalten von GRTA, entwickeln aber lediglich untereinander zusätzliche Auseinandersetzungen.

GRTA manifestiert sich auch gegenüber Annie in der Traumebene, lässt sich von ihr aber überzeugen, ihr die Chance zu geben, den Tod ihrer Schwester endlich zu verarbeiten.

Owen rettet dagegen im Traum mit seinen Kräften die Welt und schließt seinen Frieden mit der Person, die er früher in seinen Wahnvorstellungen sehen konnte. GRTA beendet daraufhin die Bedrohung der Probanden. Dr. Mantleray und Azumi zerstören den Computer daraufhin trotzdem.

Dr. Mantleray und Azumi verlassen das Gebäude von NPB, nicht ohne während der Aufzugsfahrt eine letzte verstörende Begegnung mit den Auswirkungen einer Studie auf einer anderen Etage zu machen und sich untereinander anzunähern.

Owen stellt sich in der Realität der Befragung durch das Gericht, muss aber erkennen, dass sein Bruder tatsächlich schuldig ist. Die Entlastung wird aber von ihm weiterhin eingefordert. Vor Gericht wird ihm ein Video gezeigt, das seinen Bruder bei einer Vergewaltigung im Firmengebäude seines Vaters zeigt. Owen belastet nach anfänglichem Leugnen daraufhin seinen Bruder direkt.

Annie besucht ihren Vater, mit dem sie im Gegensatz zur Vergangenheit endlich persönlich sprechen kann und beschließt daraufhin, Owen zu suchen. Sie findet diesen in einer geschlossenen Anstalt, in die ihn seine Familie hat einweisen lassen, weil er vor Gericht seinen Bruder nicht unterstützt hat.

Nach anfänglicher Ablehnung und Angst vor einer tiefergehenden Beziehung zu Annie flieht er mit ihr aus der Anstalt und fährt gemeinsam und glücklich mit ihr in Richtung Salt Lake City. Dabei begegnen sie unerkannt Dr. Mantleray und Azumi auf dem Weg nach Neufundland.