영화는 언어학자 루이즈 뱅크스 박사가 딸 한나(Hannah)와 놀고 있는 장면으로 시작한다. 행복한 시간을 보내는 듯하지만, 곧 장면은 한나가 어린 나이에 병으로 죽게 되고 루이즈가 슬퍼하는 장면으로 바뀌어 버린다.

장면은 다시 현재로 바뀌고, 루이즈가 대학에서 강의를 하러 들어가니, 12개의 외계비행물체[4]가 미국, 중국, 러시아를 비롯한 세계 각지 상공에 등장했다는 뉴스 속보가 전해진다. 학교에 비상 경보가 울리고 이로 인해 수업은 일찍 끝나게 된다. 루이즈는 집으로 돌아와 뉴스들을 지켜본다. 얼마 지나지 않아, 루이즈가 일하고 있는 대학교로 미 육군장교 G. T. 웨버 대령이 찾아와 루이즈가 언어해석 분야에서 최고이므로 외계인의 언어를 번역해달라고 요청한다. 웨버 대령은 녹음기를 꺼내 외계인들이 내는 소리를 들려준다. 루이즈는 이러한 음성 파일만으로는 그들의 언어를 해석하기는커녕 입으로 소통하는지조차 모르겠으니 제대로 된 소통을 위해서는 직접 대면해야 한다고 대답한다. 하지만 웨버 대령은 루이즈를 외계비행물체가 있는 몬태나 주로 데려갈 순 없다면서 떠난다.

밤중에 웨버 대령이 헬리콥터를 타고 루이즈의 집으로 찾아오고, 루이즈는 급하게 짐을 챙겨서 외계 우주선이 있는 몬태나 주로 가게 된다. 몬태나로 가는 헬리콥터에서 루이즈는 이론 물리학자 이안 도널리를 만나게 되고 이안은 루이즈가 쓴 책 서문을 읽는다.

이에 루이즈는 폼나는 서문으로 독자 기를 죽이는 거라고 말하자 이안은 틀렸다며 문명의 초석은 과학이라고 말한다.

현장에 도착한 그들은 거대한 외계비행물체를 목격하게 된다. 이건 높이가 약 450m라고 한다. 근처에는 만약의 사태를 대비와 연구를 위해 군대가 주둔하고 있으며, 나머지 11대의 셸[5]이 있는 장소와 통신을 통해 어떤 일이 벌어지고 있는지 실시간으로 정보를 교환한다.

웨버 대령의 말로는 매 18시간마다 셸의 아래쪽에서 문이 열리게 되고, 그 안으로 들어간다고 한다. 루이즈와 이안을 포함한 과학자와 군인들은 방호복를 갖추고 셸 안에 들어간다. 그들은 우주선 안에서 투명한 격벽 너머에서 나타나는 두 명의 외계인을 만나게 된다. 마치 7개의 다리를 가지고 있는 문어같이 생긴 그들의 외형에 착안해 그들에게 헵타포드(heptapod)라는 명칭을 붙인다.[6]

이후에 루이즈는 산소통의 수량을 알리는 화이트보드를 본 후 다시 비행물체 안으로 들어갈 때 화이트보드와 보드마커를 챙겨서 들어간다. 그곳에서 루이즈는 HUMAN이라고 인간들의 언어를 문자로 써서 보여준다. 놀랍게도 외계인들도 그 단어에 반응을 하고 자신들의 다리(촉수) 끝에서 검은색 물질을 뿌려내서 자신들의 문자를 처음으로 보여준다. 루이즈는 외계인들의 문자가 인류의 문자처럼 선형이 아니라 비선형(nonlinear)임을 알게 된다.

이와 같은 성과에 대해 웨버 대령과 다른 동료들은 놀라움과 함께 걱정을 하게 된다. 외계인들에게 지구에 대해 너무 많은 것을 알려줄 위험이 있기 때문. 하지만 루이즈는 외계인들과 소통하기 위해서는 그들에게 인간의 언어와 문자를 더 많이 알려줘야 한다고 생각하고, 좀 더 적극적으로 단어들을 보여줘야 한다고 주장한다. 웨버 대령도 처음에는 반대하다가 루이즈의 의견에 동의해준다.

다시 셸 안으로 들어갔을 때 루이즈는 외계인들과 적극적인 소통을 하기 위하여 외계인들에게 접근하는 것을 만류하는 동료들을 뿌리치고 투명각벽에 가까히 다가갔으며, 보호장비를 벗어버린 후 그들에게 가까이 접근한다. 루이즈는 화이트보드에 자신의 이름 LOUISE를 적어서 보여준다. 외계인들은 앞서 "인간"으로 번역되었던 문자에 살짝 변형이 가해진 문자를 보여주고, 루이즈는 이것이 물음표가 붙어있는 것이라고 추론한다. 즉, "전에는 네가 인간이라고 소개했는데 이번에는 어째서 루이즈냐?"고 혼란스러워한 것. 이어 함께 있던 이안도 보호복을 벗어 던지고 앞으로 나오고, 루이즈가 보드에 그의 이름인 IAN을 써서 각자 자신 개인들의 이름임을 명확하게 표시한다. 그러자 외계인 두 명 역시 이를 이해하고 각자의 이름을 자신들의 언어로 적어서 보여준다. 이안은 두 명의 외계인에게 각각 애벗(Abbott), 코스텔로(Costello)라는 이름을 붙인다.[7]

루이즈와 이안은 매일 셸에 방문해 필담의 형식으로 외계인들에게 인간의 언어와 문자를 알려주고, 이를 통해 외계인들이 사용하는 기초적인 어휘부터 배우기 시작한다. 이 과정에서 시간이 너무 오래 걸린다는 웨버 대령과 마찰이 있었지만 오역 없이 소통하려면 이게 그나마 가장 빠른 방법이라는 루이즈의 의견에 웨버 대령은 동의해 준다.

이안은 루이즈에게 "사람의 사고는 사용하는 언어에 따라 형성된다는 학설[8]이 있는데, 그렇다면 헵타포드들의 문자를 배우고 있는 루이즈도 그들과 같은 사고방식을 가지게 되는 것일까?"라는 의문을 던진다. 또한 중국이 헵타포드들과 글로써 소통을 할 때 한자의 난해함 때문에 대신 마작을 이용해 소통을 하고 있다는 것을 안 루이즈는 헵타포드들이 지구의 언어를 배우는 과정에 사고가 마작의 규칙에 영향받아 오해가 일어날 위험을 지적한다. 체스로 비유하자면, 체스는 상대의 말을 잡고 굴복시키는 게 목적이기 때문에 체스로 언어를 배운다고 하면 모든 사고가 누군가를 쓰러뜨리는 쪽으로 진행될지도 모른다면서.

그 와중에 지구의 다른 지역에서는 사람들의 불안이 커져만 가고, 헵타포드의 사진이 유출되는 등의 사건이 일어나며 각국의 정부들이 인류에게 적대적일지도 모르는 외계인을 무능하게 방치하고 있다는 여론이 조성되며, 급기야 시위와 폭력 사태가 일어나게 된다. 루이즈와 이안을 비롯한 연구자들, 군인들도 수개월에 달하는 소통에 지쳐만 간다. 웨버 대령은 전 세계 사람들이 외계인들의 목적이 우호적인지 적대적인지에 대해 불안해하니 루이즈에게 그들의 문자를 충분히 익혔다면 제일 먼저 "왜 지구에 왔는지" 물어보라고 지시한다.

한편, 루이즈가 외계인들의 문자를 배워가는 이야기가 진행되면서 루이즈의 딸에 대한 회상 장면이 점점 많아진다.

외계인의 문자에 대한 데이터가 쌓여감에 따라, 외계인의 문자를 카메라로 스캔하면 컴퓨터로 바로 번역이 가능할 정도 수준에 도달하게 된다. 마침내 루이즈의 팀은 외계인들에게 왜 이곳에 왔는지 질문한다. 그들의 대답은

비슷한 시점에 다른 지역에서도 외계인으로부터 유사한 대답("Use Weapon" 무기를 쓰다.[10])을 얻게 되고 사람들은 혼란에 빠진다. 그때까지 서로 긴밀하게 협력하던 12개 국가들은 중국과 러시아를 시작으로 차츰 상호 간 연락을 끊게 된다.[11] 웨버 대령을 비롯한 사람들은 외계인들의 답변을 인류에 대한 전쟁 위협, 혹은 인류가 서로 전쟁을 벌여 세력이 약해지도록 유도하는 것으로 받아들인다. 그러나 루이즈는 헵타포드와 인간이 서로의 언어와 문자에 대한 지식이 부족해 나온 오역, 예를 들어 무기가 아니라 "신기술을 선물하겠다" 혹은 "도구를 제공해 달라"는 식의 의미일 가능성이 여전히 있으므로 벌써부터 외계인이 위협이라고 단정해서는 안 된다고 주장한다. 애초에 주어도 뭣도 없이 달랑 "무기" "제공하다"만 달려있는 문장인 데다 그조차도 오역일 가능성이 있으니 언어학자로서는 복창 터지는 상황이 아닐 수 없다.

그러던 중에 가만히 있지 말고 행동해야 한다는 유튜버의 말을 들은 몇몇 군인들이 외계 우주선 내부에 시한 폭탄을 몰래 설치한다. 루이즈와 이안은 이를 모른 채 셸에 다시 탑승한다. 헵타포드와 대화를 하던 도중, 루이즈는 격벽을 손바닥으로 두드리는 헵타포드의 모습을 보고[12][스포일러1] 헵타포드들과 자신들을 분리하던 투명한 격벽에 직접 손을 대고, 스스로도 헵타포드들의 문자를 구사하기 위해 검은 물질을 이용할 수 있다는 것을 깨닫는다. 하지만 폭탄이 폭발할 시간이 다가오고, 코스텔로는 격벽에 검은 물질을 흩뿌리고 다급히 물러난다. 애벗은 계속 남아 코스텔로가 뿌린 검은 물질을 수많은 작은 글자의 모양으로 다듬고, 폭발 직전에 셸 내부의 중력을 조절해 루이즈와 이안을 밖으로 탈출시킨다. 그 후 외계 우주선은 높은 곳으로 이동한다.

애봇 덕분에 폭발에서 벗어나 살아 남은 이안과 루이즈는 막사에서 깨어난다. 이안은 헵타포드들이 폭발 직전 흩뿌린 글자들을 연구해, 이 글자들이 시간의 개념과 연관되어 있으며, 이 정보가 전체의 12분의 1에 불과하며 전체를 알기 위해서는 12개 국가들이 협력해야 한다는 사실을 알게 된다. 하지만 중국은 셸을 공격할 준비를 하고, 러시아 등 몇몇 나라들도 중국에 결정에 따른다.[14]

어떤 생각이 든 루이즈는 셸 쪽으로 달려가고, 셸은 루이즈에게 조그마한 셔틀을 보내서 셸로 데려온다. 폭발의 영향으로 격벽이 깨져버렸는지 루이즈는 외계인들의 환경에 직접적으로 노출되어 괴로워하지만 어느 정도 적응을 한다. 그 안에서 코스텔로가 나타나고, 코스텔로는 루이즈에게 "애봇은 죽음의 과정에." 라고 말한다.[15] 루이즈는 코스텔로에게 사죄하는데, 이 시점에서 루이즈는 헵타포드의 글자를 직접 쓰고 해석해서 코스텔로와 대화할 수 있을 정도로 실력이 늘었고 코스텔로 또한 루이즈의 영어를 그대로 알아들었다. 루이즈는 계속 소녀의 환영에 시달리며 "이 소녀는 대체 누구야?" 라고 묻고, 코스텔로는 루이즈가 "무기"를 가지고 있기 때문에 미래를 보고 있는 것이라고 설명한다. 즉, 영화 초반부터 계속 보여주던 루이즈의 딸 한나의 모습은 사실 과거의 기억을 회상하는 것이 아니라 미래의 모습이었다.[16]

시간을 직선적인 흐름으로 인식하는 인간과 달리 헵타포드 외계인들은 과거, 현재, 미래를 전부 동등하게 인지하는 종족이었고, 루이즈는 그들의 문자를 배워 사고가 헵타포드처럼 변형되었기 때문에 마찬가지로 자신의 미래를 알 수 있게 되었던 것이다.[17] 코스텔로는 지금은 그들(헵타포드)이 인류를 돕는 것이고, 3000년 뒤에는 그들이 인류로부터 도움이 필요할 것이라고 설명한다.[18] 이후 혼란스러워하는 루이즈를 두고 코스텔로는 물러간다.

셸에서 내린 루이즈는 외계인들이 뿌린 작은 글자들을 직접 읽어[19] 헵타포드들의 시간개념을 더 자세히 배우고 군 관계자들에게 자초지종을 설명하지만 이미 철수 명령이 내려질 것이기 때문에 아무 것도 할 수 없다는 대답에 절망한다.[20] 루이즈는 필사적으로 자신의 미래를 파헤쳐 외계인과의 접촉을 기념하는 UN의 파티에 참석한 자신의 모습을 보게 된다.[스포일러2][스포일러3] 그 환영 속에서, 샹 장군이 루이즈에게 다가와서, 지난번에 자신이 공격 결정을 유보하도록 설득해줘서 고맙다며 감사를 표한다. 이러한 환영을 보면서, 현실의 루이즈는 막사에 침투해 핼펀 요원의 위성전화기를 잡아든다. 루이즈의 환영 속에서, 샹 장군은 루이즈에게 자신의 전화번호를 알려주고, 루이즈가 자신에게 자기 아내의 유언을 반복해서 말해 주었다면서, 루이즈에게 귓속말로 자기 아내의 유언을 말해준다.

동시에 현실의 루이즈는 미래의 기억 속의 장군이 알려준 전화번호로 연락해, 샹 장군이 알려준 문장을 말한다. 루이즈가 하는 돌발적인 행동 때문에 군인들은 루이즈를 찾아내서 총을 겨누지만, 이안의 도움으로 루이즈는 샹 장군에게 장군의 부인의 유언을 전달하는 데 성공한다. 덕분에 중국군은 공격을 취소하게 되고 12개의 셸은 지구를 떠난다. 세계 각국은 평화적인 상태로 되돌아가고, 서로가 습득한 외계어(헵타포드어)를 서로에게, 그리고 대중에게 공개하기로 한다. 루이즈가 본 미래의 기억 중에는 헵타포드의 문자가 정립되어 책으로 출판되고, 루이즈가 이를 대중에게 가르치는 내용도 있다.

외계인들이 떠난 후, 루이즈는 이안에게 미래를 알 수 있다면, 그 미래를 바꿀 것인지 질문한다. 이안은 말을 돌리곤 루이즈에게 사랑을 고백한다. 직후 루이즈는 환영 속에서 남편이 된 이안과 둘 사이에 생긴 딸 한나[24]를 보게 된다. 이안은 아이를 갖고 싶은지 루이즈에게 물어본다. 루이즈는 자신의 딸이 어린 나이에 희귀병으로 죽게 될 것[25][26]과 이안이 자신과 한나를 언젠가 떠나버리는 등 이 사랑이 결국 비극으로 끝나게 될 것을 알지만, 그럼에도 불구하고 아이를 갖고 싶다고 대답한다. 이때 루이즈는 이안의 고백을 받아들이며 포옹을 하는데 "당신 품이 이렇게 따뜻한 줄 잊고 있었다."고 영화의 클라이막스를 장식하는 대사를 한다. 현재로선 처음 이안과 포옹을 나눔에도 불구하고, 루이즈는 이미 이안이 자신과 딸 곁을 떠나게 된 미래를 헵타포드의 문자를 습득하며 경험하고 있었기 때문. 그리고 이안과 아기를 가지게 되는 미래를 보며 현재의 루이즈는 이안을 품에 더 꽉 안고 영화가 끝난다.[27]