In een psychologische studie onder leiding van Dr. Archaleta (Michael Stevens) komen vrijwilligers, waaronder de anti-oorlogsactivist Travis (Adrien Brody) en de 42-jarige Michael Barris (Forest Whitaker), samen. Ze worden opgesplitst in zes bewakers en twintig gevangenen voor een experiment in een geïsoleerde gevangenis, met 24-uurs cameratoezicht.
Travis wordt gevangene, Barris wordt bewaker. Het experiment vereist dat de gevangenen zich aan strikte regels houden, terwijl de bewakers disciplinaire maatregelen nemen. Wat als een controle-experiment begint, verandert snel in een gewelddadig conflict wanneer de bewakers steeds sadistischer worden en Travis de opstand aanvoert.
De situatie escaleert als Barris zich steeds wreder gedraagt, de gevangenen zwaar mishandelt en het experiment uit de hand loopt. Travis ontsnapt en redt andere gevangenen en leidt een opstand tegen de bewakers.
Na een verwoestende confrontatie met Barris, eindigt het experiment met een bloedige overwinning voor de gevangenen, en de juridische gevolgen voor Dr. Archaleta volgen.
