"La ciencia del sueño" narra las desventuras de Stéphane (Gael García Bernal), un joven artista gráfico en cuyo cerebro se emite un programa de televisión en continua pugna con la realidad. Aterrizado en París con la esperanza de un buen trabajo y tras entrar en contacto con una nueva vecina, Stéphanie (Charlotte Gainsbourg), la posibilidad de un romance se abrirá paso en su onírico universo de cartón.