Berlin, avril 1945. Le IIIe Reich agonise. Les combats font rage dans les rues de la capitale. Hitler, accompagné de ses généraux et de ses plus proches partisans, s'est réfugié dans son bunker, situé dans les jardins de la Chancellerie.
A ses côtés, Traudl Junge, la secrétaire particulière du Führer, refuse de l'abandonner. Tandis qu'à l'extérieur la situation se dégrade, Hitler vit ses dernières heures et la chute du régime.
Afin d'étudier scientifiquement le comportement humain, le professeur Thon enferme vingt volontaires, des hommes ordinaires, dans un univers carcéral. Huit d'entre eux sont désignés pour être les gardiens, les douze autres étant les prisonniers. La règle est simple : comme dans une vraie prison, les détenus doivent obéir aux gardiens qui sont chargés de faire régner l'ordre.
Progressivement, la situation se détériore, la frontière entre l'expérience et la réalité devient de plus en plus floue. Le pouvoir monte à la tête de certains et les atteintes à la liberté et à la dignité en affectent d'autres. Chaque jour qui passe voit le pouvoir et l'autorité se heurter de plus en plus violemment à la rébellion.
L'expérience dépasse tout ce qui était prévu. Les personnalités se révèlent. Désormais, l'enjeu n'est plus scientifique : il s'agit d'abord de s'en sortir vivant.