“2046”是一辆“特慢”列车。它行驶了五年。它是属于王家卫一个人的火车，“延续《花样年华》，上接《阿飞正传》，又处处有《重庆森林》及《春光乍泄》的回响，可说是王家卫至今为止集大成总结意味最强的一部力作(香港影评人李焯桃语)。”
“2046”号列车也是一列客流量很大的列车。五年之内，多位明星上车下车，他们都是去往终点站2046的乘客，他们关系繁复，都有着过去的故事，有着各自的秘密。这些属于过去的乘客一起登上“2046”，只因为王家卫想要改变。
“2046”即将入站。
独自回到香港的周慕云，在平安夜巧遇了旧识Lulu(刘嘉玲饰)，然而Lulu却对前尘往事毫无记忆。Lulu想不起和周慕云的那段过去，周慕云却在Lulu居住的酒店里发现了一组似曾相识的数字：2046。2046号房曾经充满了周慕云和苏丽珍的回忆，如今只剩下Lulu与男友CC(张震饰)爱恨交缠的痕迹。
周慕云于是搬进了2047号房，知道了酒店老板两个女儿王洁雯(董洁饰)与王静雯(王菲饰)各有心事，洁雯情窦初开，静雯与日籍男友的恋情不被允许。此时新房客白玲(章子怡饰)住了进来，白玲一身风尘，撩拨起周慕云不费吹灰之力，然而当她动了真情，才发现周慕云早已封锁了内心。
于是周慕云开始动笔撰写一部名为《2046》的小说，小说中只要搭上了前往2046的列车，人们不可以找回失去的记忆。没有人想离开2046，除了一个名叫Tak(木村拓哉饰)的男子。热恋中的静雯不会知道，故事里她化身的冰冷机器人，曾经带给Tak最渴求的温暖，她的存在是Tak记忆里最大的秘密。
一直到了公元2046年，那班神秘列车依旧定期地开往2046……
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