인간의 성공과 실패가 유전인자에 의해 결정되는 21세기 가까운 미래. 빈센트는 부모의 사랑으로 자연의 섭리대로 태어난 존재고, 동생 안톤은 유전자의 선택으로 태어난 존재다. 빈센트는 약하고 병에 잘 걸리며 그의 근시는 유전적인 열성을 나타낸다. 때문에 우주비행이 꿈인 빈센트는 우주탐사팀을 보내는 회사인 가타카에 청소부로밖에 취직할 수 없다. 그러던 중 빈센트는 DNA 중개인을 통해 교통사고로 불구가 된 수영선수이자 유전학적으로 우성인 제롬 모로우를 소개받고 그의 유전인자를 돈으로 사게 된다. 제롬의 유전인자로 가타카에 엘리트 사원으로 취직한 빈센트는 거기서 미모의 여성 아일린과 사랑에 빠진다.