一個車臣男孩被指控謀殺自己俄羅斯軍官的養父，所有證人和證據均對他不利，12位陪審團成員被帶到了一個小學的體育館，他們需要對此展開討論，他們將決定男孩今後的命運。這個故事也從這個空蕩蕩的體育館展開。
看到這裡，一定會有許多人和小編一樣，犯起了臉盲症。「這都誰跟誰呀?」「一群俄羅斯中年大叔完全分不清好嗎?」不過儘管放心，導演讓他們各有戲唱，成功地塑造了每一個角色，讓我們毫不費力地記住了每一個人。
討論開始，他們選出了一個陪審團代表，也就是海報上的那位。然後開始舉手表決。剛開始，每個人心不在焉， 對這起案件並不在乎，只想著趕快走完程序然後去忙自己的事情。但出乎意料的是，一個人在舉手表決中突然莫名其妙地投了反對票。
他並沒有具有說服力的理由證明這個男孩無罪，但是從他後來講出自己的故事可以得知：他是一名物理學家，全身心投入科研事業並取得了偉大的發明成果。外國公司希望高價購買他的專利，但他堅持要把這項技術獻給祖國。然而在國內卻沒有一個人願意購買（原因大家自行體會），於是他開始墮落，自暴自棄，直到有一天一個陌生女子在火車上對故意鬧事的他展示出了小小的善意，這徹底改變了他的生活，使他重拾對生活的信心。他把專利賣給了外國，和那名女子組建了幸福的家庭。所以出於感性，他投了反對票，試圖最後掙扎一下，並同意如果下次匿名投票結果一樣，他就服從大家的意見。然而，意外又一次出現了，又出現了一張反對票，這次是一個猶太老人站了出來。
他講出了自己父母的故事，他那又醜又瘦的猶太父親在二戰時愛上了立陶宛黨衛軍軍官的漂亮的夫人，在機緣巧合之下他們真的結婚了，並生下了11個孩子，而後來他們又互相出軌，父親離開了母親。那個猶太老人認為，如果這種不可思議的事情都能發生，那麼還有什麼是不可能的呢?
然而有趣的是，這第二票真的是他投的嗎？我們可以注意到，這張
揉皺的反對票，其實出自另一個膽小的地鐵工之手。
這一系列的變故引起了一個計程車司機的極大不滿，於是正反雙方開始針對這個案件的細節進行仔細的論證，在這個過程中展開了一系列巧妙的情節衝突，所有人都依次登場，導演詳略得當地交待了每個人的身份和背景，而十二位陪審員在討論案件的同時，也在審視自己的內心。隨著討論的深入，案件逐漸清晰，車臣男孩的嫌疑基本被洗清，終於，有罪一方的代表：計程車司機也投了無罪。
然而讓大家認為終於達成一致的時候，始終默不作聲的陪審團代表聲明，自己依然投著反對票。面對不解的眾人，他說出了殘酷的現實：「他在監獄裡活得比外面更長。」是啊，為他洗清冤屈其實是間接地為他判了死刑。一個失去親人，無依無靠的車臣男孩，在這冰冷的俄羅斯怎麼可能生存下去?社會不接納他，殺害他父親的真兇想殺他，在這世界上現在也只有這十二個人還在關心他的死活。可是一旦出了這間屋子，關心他的人還有幾個呢？即使最初同情他的物理學家，也表示自己對他的未來無能為力。最後一致通過的無罪決議，競逐漸被無奈和悲涼所淹沒。
然而，在悲涼的背後也藏著新的希望。影片的結尾，那個陪審團代表，退役的藝術家，收留了男孩。這個結局也傳達了導演對放下歷史仇恨、拋棄偏見、心懷仁慈、著眼未來的願望。
影片結束後，導演拋給觀眾一個疑問句，而這個疑問又有誰能解答呢？
本片在細節上還有許多亮點，例如在討論過程中穿插著被告男孩在隔離室內行為的變化，時刻暗示著劇情的走向。
計程車司機和外科醫生就被害人身上的刀所進行的爭論，也是看得人精心動魄。
還有一隻誤入體育館的小鳥，參與了十二位陪審員討論的全過程，片尾物理學家打開了窗戶，狂風夾雜著雪花飄進室內，他讓鳥自己決定是留在溫暖狹小的室內，還是去外面的冰天雪地追尋自由，而小鳥毫無疑問地選擇了後者，而這也和車臣男孩的命運相呼應。
本片中耐人尋味的細節還有很多，涉及了俄羅斯的很多現實問題：民族、體制、教育、貧富差距、人情世故、酗酒、毒品、商業黑幕等方方面面。12位陪審員的身份、背景都是從言談舉止中表露，從他們的表現來看，可以確定的是，不管立場如何，都不是沒有起碼的正義和道德底線的人，只是在他們各自不同階層的生活中或多或少被淹沒了，屈從於平平常常的個人主義，但是在被迫進行深入思考後也可以有所自省，都是可以被喚醒的現實的好人。導演在影片中深刻展現了俄羅斯民族的精神底蘊，我們也能感受到米哈爾科夫作為一名俄羅斯的知識分子對這個國家的人文關懷，這也正是俄羅斯歷代文人所堅守和傳承的寶貴精神遺產。