El tímido y aspirante diseñador gráfico Stéphane (Gael García Bernal) regresa al apartamento de su madre después de la muerte de su padre y duerme en una cuna, entre coloridas sábanas estampadas en automóviles, en una habitación repleta de juguetes e inventos.
Stéphane se enamora de su vecina de enfrente, Stéphanie (Charlotte Gainsbourg), en parte porque la imagina como su contraparte ideal. Después de todo, su puerta está frente a la de ella, y también le gusta hacer cosas con las manos, y prácticamente comparten el mismo nombre, por lo que el amor debe ser inevitable. Por desgracia, no hay química en absoluto entre Stephane y Stephanie, y no hay una buena explicación de por qué debería haberla.
Stéphane realiza un trabajo pésimo y poco creativo al pegar las partes aburridas de los calendarios en una pequeña imprenta tecnológicamente atrasada, donde un colega mayor, Guy (Alain Chabat), personifica la visión juvenil de Stéphane de la edad adulta y la sexualidad adulta. Guy es un tirano, un niño-hombre zurdo obsesionado con el sexo de una manera que asusta y repele a Stephane, que se ve a sí mismo como inocente y romántico.
Y tal vez su objetivación e infantilización de sí mismo y de Stephanie es romántica, en el sentido solipsista (toda la película tiene lugar en la cabeza de Stephane, de todos modos), pero también da un poco de miedo e insatisfacción. -viejo (que probablemente preferiría jugar con sus juguetes) que sufre de un enamoramiento ambivalente por una chica a la que ve sólo como una extensión de sí mismo. Stephane termina en la cama de Stephanie (una litera / loft conocida como entrepiso, ubicada entre la infancia y la edad adulta), pero nunca comparten un colchón al mismo tiempo.
«La ciencia del sueño» está llena de juguetes retro e ingeniosos artilugios hechos a mano (como una máquina del tiempo, usando un viejo accesorio flash Polaroid, que solo salta un segundo al pasado o al futuro) y miniaturas artísticamente animadas, todas creaciones de baja tecnología. hecho de artículos domésticos reciclados comunes, como un océano de celofán o un dispositivo transmisor de pensamientos hecho de cascos de bicicleta e hilo. Los fanáticos de Gondry reconocerán algunos de los motivos e imágenes de la película de sus videos musicales, cortos y comerciales, como las enormes manos torpes con las que Stéphane crece (como Dave Grohl en el video de Foo Fighters para «Everlong»).
