《忒修斯的船》由三个看似互无关联的独立故事组成。
第一段，一个盲人少女摄影师，在盲人状态时成功举办了个人影展而出名，却在移植角膜恢复视力后找不到摄影的灵感。
第二段，抵制动物实验的僧人，因为肝硬化而面临肝移植或者死亡的选择——而移植手术本身正是基于他所反对的动物实验。
第三段，原本只关心钱的青年，在自己做完肾脏移植手术后无意中知道了医院和社会上存在的肾脏交易，以及一些“偷肾”的行为。而他也因为这个意外的发现而开始了很多无关金钱的社会活动。
而在本片结尾处，第三个故事的主人公受邀参加了一个特殊的影片放映会——参加者都是接受过器官移植的病人，而且他们的器官来自同一个捐献者。于是我们看到了，前两个故事里接受角膜移植的女孩和肝脏移植的僧人也出现在这里。他们共同看的片子，是捐献者本人生前拍摄的一段岩洞探险视频，深邃的岩洞，却如浩瀚的宇宙般神秘壮丽……
主演：菅田将晖,古川琴音,奥平大兼,冈山天音,荒川良良,洼田正孝
主演：邓超,邓家佳,郑云龙,喻恩泰,张本煜,柯达,李乃文,杨皓宇,宁理,陈明昊,白客,佟晨洁,小爱,李晓川,卜钰,张一杰,曲哲明,曲高位,刘循子墨
主演：
主演：中川大志,石井杏奈,井之胁海,清原果耶,原田知世,堤真一
主演：奥利薇亚·阿波,迪伦·斯派比利,兰道尔·巴蒂尼科夫,Cherie Jimenez,安东尼·蒙哥马利,阿明·约瑟夫,Blake Boyd,MC Lyte,马蒂·朱,Mike Ferguson,Betsy Landin,简·威德普,布雷迪·亨德尔,Sharmita Bhattacharya,埃迪·佩雷斯,布蕾迪·拉多娜,Denise Nicholson
主演：马杰,覃婷,董娉
主演：派屈克·福吉特,Ingrid Sophie Schram,欧文·坎贝尔,莫伊塞斯 L·托瓦,Judah Bateman,Katie Preston,Anthony Pedone,Jon Rhoads,Ivanna Picon,Nancy Fong,Micah White,Colby Frazier,June Frazier,Sarah Longoria,Steve Brown,Jeff Hanso
主演：阳靓,黄尚禾,刘主平,翁嘉薇,徐宇霆,陈俋君,严艺文
主演：芮妮·索滕代克,丽莎·紫微尔曼,Chris Nietvelt,彼得·费伯,威尔第·索莱曼,汉斯·达格列特,穆罕默德·汗,巴特·克莱文,哈亚提·阿齐斯,弗洛里安·迈耶尔,里奥·卡伊·登·哈斯
主演：普里蒂·帕尼格拉希,卡尼·库斯鲁蒂,Kesav Binoy Kiron,Kajol Chugh,Nandini Verma,Devika Shahani,Akash Pramanik,Aman Desai,Sumit Sharma,吉丁·古拉蒂,Pratap Singh,Pradeep Kapoor,Neeraj Varma,Ved Amrita,Ahana Malla,Megha Aggarwa
主演：赵丽颖,辛芷蕾,黄觉,董宝石,安沺,小爱,王梓薇,张帆,冯雪雅,韩玺曈,杭程宇,崔俊,甫枭虎,李延,张会苓,王福安
主演：保罗·麦斯卡,佩德罗·帕斯卡,丹泽尔·华盛顿,康妮·尼尔森,约瑟夫·奎恩,弗莱德·赫钦格,德里克·雅各比,马特·卢卡斯,彼得·门萨,梅·卡拉美维,蒂姆·麦克纳尼,利奥·拉兹,瑞安娜·杜斯,奇迪·阿朱福,李·查尔斯,齐·刘易斯-帕里,迈克·帕里什,米哈伊尔·巴斯马吉安,亚历山大·西姆金,马克西姆·杜兰德
主演：安妮·海瑟薇,玛丽·斯汀伯根
主演：舒提·盖特瓦,妮可拉·考夫兰
主演：高健,彭渤,王艺鑫,张蓓蓓,淳于珊珊,楼学贤
主演：Karrueche,Tran,布莱尔·佩纳,艾拉·夸西