En 1982, Ari Folman a dix-neuf ans, et fait son service militaire dans l'armée de son pays. En 2006, il rencontre un ami de cette époque qui lui raconte ses cauchemars, liés à l'opération Paix en Galilée. Folman se rend compte qu'il n'a pas de souvenirs de cette époque. Mais le soir même il rêve d'un épisode, dont il ne sait pas s'il a réellement eu lieu, du massacre de Sabra et Chatila. Dans son souvenir, il se revoit, avec quelques autres soldats israéliens, se baigner, puis, tous squelettiques, sortir de l'eau, dans la baie de Beyrouth, sous la lumière des fusées éclairantes qui explosent au-dessus de la ville.

Il enquête alors sur cette époque, pour savoir ce qui s'est réellement passé pendant la guerre, plus spécialement à Sabra et Chatila où l'armée israélienne a laissé se produire le massacre de Palestiniens par les milices chrétiennes libanaises. Le questionnement sur la culpabilité devient alors le thème central de l'oeuvre utilisant entre autres une approche psychanalytique d'analyse des rêves. Le film se termine sur des images documentaires réelles, filmées par la télévision britannique lors du massacre dans les camps de réfugiés palestiniens.