En octobre 1945, Leopold Kessler, jeune Américain d'origine allemande, revient dans le pays de son père pour participer à l'effort de reconstruction. Son oncle, contrôleur des wagons-lits à la compagnie ferroviaire Zentropa, lui procure un emploi à Francfort. Leopold découvre une Allemagne déchirée et dévastée. Il tombe amoureux de Katharina, la fille de Max Hartmann, directeur de la Zentropa, mais s'aperçoit qu'elle soutient des militants nazis. Le jeune homme se retrouve involontairement complice d'un de leurs attentats sanglants : des partisans des Alliés sont abattus par des enfants à bord de son train...