前言
在一個漆黑的夜晚，一個老頭剛剛結束了自己的春宵一刻，但他似乎察覺到，某種危險正在降臨。於是寫好一份遺書，並將它交給了酒吧酒保，叮囑酒保一定要把這封信，交給一個叫做道格的人。然後這個老頭就回家了，剛躺在床上，老頭的眼裡一陣光影閃過，接著他就在另一個地方醒來。
虛擬世界的異時空，和現實一模一樣
原來剛剛的世界是一個異度時空，也就是虛擬世界。那個虛擬世界被設計成1937年的洛杉磯。但是虛擬世界中的一切，都極為現實。每個人物都有自己的獨特行為和思維邏輯，簡直和真實世界一般無二。
從異世界回來的老頭來到了酒吧。他開始給自己好朋友道格打電話，告訴他遺書的事。可是電話才說到一半，老頭就放下電話，來到酒吧外。原來酒吧外正有人在找老頭。接著這個人就突然拿刀，下下地把老頭給捅死了。究竟這個兇手是誰，他為何要殺了老頭，一切成迷。
另一邊，好友道格從床上醒了過來。他驚訝地在洗手池上，發現了血液和一件帶血的襯衫。道格感到無比困惑，這是屬於他的東西嗎，昨晚到底發生了什麼？對於昨晚的經歷，道格沒有任何印象，因為他剛好失憶了。
之後道格從警察的口中得知了，老頭死亡的事實，老頭不僅是道格的老闆，他們相處了6年時間，早已經成為了至交好友。雖然老頭死於搶劫，他身上所有值錢的東西，也都被兇手拿走了，但是警察和道格心裡都知道，這不是一起簡單的搶劫案件。
來到老頭的公司，道格意外得知了，老頭竟然有一個女兒。短髮美女，一個自稱是老頭女兒的人，她辛辛苦苦從法國來到這裡，本來是為了探望多年未見的父親，沒想到卻和父親天人永隔。
道格看到短髮美女的第一眼，就有種似曾相識的感覺。不過即使對短髮美女有著好感，道格還是很懷疑她的來歷。因為和老頭相處六年，自己從沒聽過老頭沒有任何親戚。現在老頭一死，馬上就蹦出來一個女兒，是誰都覺得整個事情很奇怪的。而警察也覺得，整個事情非常不簡單。不僅在老頭死亡的那天，在酒吧外拍到了道格車牌，而且老頭臨死前還特意修改了一下遺囑，把繼承人改成了道格。所以警察有理由懷疑，道格就是殺害老頭的嫌疑人。
所有的證據都指向了道格，這讓道格無所適從。為了排除自己的嫌疑，道格決定進入老頭設計的異世界裡尋找真相。因為老頭在死前曾留言告訴他，遺書就藏在異世界的一個人手中。在技術男肥宅的幫助下，道格順利進入了異世界中，並將記憶附身在銀行櫃員小範的身上。
道格進入異時空，感覺十分有趣
看著1937年的洛杉磯，道格感到一切新奇又有趣。由於只有兩個小時的附身限制，道格立即趕到異世界老頭家中。在那裡，道格看到了一個和老頭長得一模一樣的人。可經過試探，道格知道這個老人只是老頭在異世界的附身者，他並不是真正的老頭。而老人看著道格，突然說了一句，我看你有種似曾相識的感覺。
接著道格又找到了和老頭有過接觸的舞蹈女孩和酒保。得知了老頭有追求年輕女孩的癖好，這一切讓道格感到驚訝和不可思議。但不知道什麼原因，酒保卻否認了老頭在他這裡寄存遺言的事。眼看附身時間到了，道格看東西都顯得模糊起來。他連忙藉口去了衛生間，接著道格，就從異世界回來了。
另一邊，由於道格附身離開，異世界的銀行櫃員小範醒了過來。看著周圍陌生的酒吧，小範不明所以，記憶缺失了一段，他最後的記憶，只停留在了銀行那裡。
現實世界中，沒過多久，道格就被警察抓走審問。因為警察還是覺得，道格的嫌疑最大。但很快警察又釋放了道格，原因是老頭的女兒短髮美女幫道格作了偽證。她說老頭被害那天晚上，他們倆一直在一起。警察無奈下，只好放了道格。
道格很感謝短髮美女做的一切。但為了急於找出真相，道格決定再次進入了異世界中。不過這次，他忘記設置了附身時間。與此同時，異世界的小範正在進行舞蹈比賽。可是附身後的道格，並不理會這個無聊的舞蹈比賽，直接離開了。
道格再次來到了老人這裡。他知道老人失去了很多記憶，這些失憶時間就是老頭附身的時候。但是如果努力去想，還是能有一點點印象的。於是道格帶著老人再次來到了那個酒吧，他希望老人能回憶起來究竟把遺言信件給了誰。雖然老人是第一次來到這裡，但是由於老頭附身的時候是這裡的常客。所以這裡的人對老人都非常熟悉，一個勁兒的和他打招呼。
經過努力回憶，老人也終於回憶起來他把信件交給了酒保。與此同時，酒保心虛地離開了。為了得知遺言內容，道格立刻追了出去。卻沒想到酒保，竟然開槍打傷了他。原來酒保偷偷看了信件的內容，按照裡面說的，走到了圍欄之外，世界盡頭。然後發現了這是一個虛擬世界的事實。
難以接受的酒保心態炸裂，所以他憤怒地襲擊了道格。在打鬥過程中，兩人紛紛落到水池裡，遺言也落到水裡。道格努力的去看遺言內容，無奈打鬥中，還是無法辦到。
附身時間早已超過兩個小時，可由於道格之前忘記設置了時間，所以他無法離開異世界。最後幸好肥宅及時發現情況，道格才回到了現實世界中。
之後道格從警察的口中得知，短髮美女突然消失了，就仿佛世界上並沒有這個人一樣。而且警察問過法國那邊的人，也並沒有短髮美女這個人。道格於是四處尋找短髮美女，終於他在一家超市看到了短髮美女。短髮美女此時作為一個收銀員，完全不記得之前和道格經歷過的一切，只是稍微覺得這個人，似曾相識罷了。
道格來到世界盡頭，一個虛擬的世界
道格這時心中，隱隱有了一個答案。於是他開車一路向前，穿過了重重限制。終於當車子不再動彈，他來到了世界盡頭。下車後，道格呆呆的看著遠方網格狀的電子線路，他才終於明白，原來他身處的這個世界也不是真實世界。這也只是別人創造出來的虛擬世界。那究竟什麼是真的，什麼是假的呢？道格已經完全無法分清了。
震驚之餘，道格接到了短髮美女的電話。當再次見面，短髮美女告訴了道格所有真相。原來像道格這樣所在的虛擬世界，有成千上萬個。但唯有道格和老頭能在虛擬世界中，再創建出另一個虛擬世界(指1937年的洛杉磯)。這是短髮美女所在的主世界無法預料的。
在相處過程中，短髮美女也愛上了道格。而殺死老頭的真正兇手，其實是短髮美女的老公。是他附身在了道格身上，借著道格的身體，殺了老頭。得知真相的道格和短髮美女糾纏在了一起。
另一邊，肥宅終於受不了虛擬世界的誘惑，也進入了老頭設計的異世界中。然後他正好，附身到了酒保身上，差點發生車禍。這時警察前來詢問，碰巧在後備箱中發現了，被綁架的銀行櫃員小範。而不明情況的肥宅，被疾馳而來的卡車直接撞死了。令人沒想到的是，在異世界死亡，竟然就是真的死亡了。然後酒保附身到了肥宅的身上，來到了道格所在的世界。
道格得知了情況後，趕了過來。看到酒保神經質的樣子，他也終於知道，在虛擬世界死亡，則虛擬世界被附身的人，會反過來，佔據主世界的身體。或許這是附身遊戲唯一的缺陷吧。
就在這時，道格眼中光影閃過。原來短髮美女的老公，再次附身到了道格身上，他直接殺了酒保，然後又準備去追殺短髮美女。而短髮美女似乎早已預料到了一切。最後，在警察的幫助下，她成功反殺了老公。
結尾
新的一天，道格從主世界中，醒了過來，而短髮美女，也在主世界中醒了過來。然後兩人就這樣幸福地依偎在了美好的晨光當中。
十三度兇間這部電影，最大的亮點在於，一個虛擬世界中的人物，這是一個很新奇的設定，腦洞開得很大。