在二十世纪七十年代中期的中国西北某地，那是一个物质匮乏、精神生活单调的年代。看电影成为了人们生活中难得的娱乐方式，也是他们追求精神慰藉的重要途径。在这个背景下，影片的主人公张九声（张译饰）因为一场电影，展开了一段跨越千里黄沙的冒险之旅。

张九声是一个从农场悄悄溜出来的逃犯，他之所以冒着被追捕的风险，是为了看一场电影。这场电影对于他来说意义非凡，因为他相信在那盘宣传性质的新闻胶卷带中，有他已经去世的女儿的“一秒钟”影像。这个短暂而珍贵的影像，是他对女儿的唯一回忆，也是他内心深处最强烈的渴望。为了找到这盘胶片，张九声不惜一切代价，踏上了漫长而艰辛的旅途。

在追寻电影的过程中，张九声偶遇了流浪儿刘闺女（刘浩存饰）。刘闺女是一个身世可怜的女孩，她失去了父爱，只能依靠自己艰难生活。她的目标是寻找12.5米的废胶片，用以制作灯罩。虽然两人最初的相遇充满了误会和冲突，但随着时间的推移，他们逐渐发现了彼此内心的孤独和渴望。两个原本生活在不同世界的人，因为一场电影而结下了不解之缘。

旅途中，张九声还遇到了电影放映员范电影（范伟饰）。范电影是一个技术精湛、认真负责的电影放映员，他对于电影的热爱和执着感染了张九声和刘闺女。在范电影的帮助下，张九声得以更深入地了解电影的制作和放映过程，也让他更加坚定了寻找女儿影像的决心。同时，范电影也通过张九声和刘闺女的故事，反思了自己的人生和价值观。

在一场沙尘暴中。张九声在沙漠中疾走，寻找着那盘珍贵的胶片。然而，一场突如其来的沙尘暴打乱了他的计划。沙尘暴席卷而来，天地间一片混沌。面对这样的困境，张九声并没有放弃，他紧紧抱着那盘胶片，用自己的身体保护着它。此时，范电影和刘闺女也赶到了现场，他们一起帮助张九声抵挡沙尘暴的侵袭。

经过艰苦的努力，他们终于战胜了沙尘暴，找到了那盘珍贵的胶片。在范电影的帮助下，张九声得以在电影院中看到了女儿的影像。那一秒钟的影像虽然短暂，但却给张九声带来了无尽的慰藉和力量。他感受到了女儿的存在和温暖，也重新找回了生活的信心和勇气。

影片的结尾。张九声、刘闺女和范电影在电影院中相互道别，各自走向了自己的未来。虽然他们的命运各不相同，但他们都因为一场电影而找到了彼此生命中的那份温暖和感动。