La Escalera de Penrose

Más adelante, Eames se transforma en Peter Browning (Tom Berenger), padrino de Fischer, para extraer información sobre él. Tras ello, intentan escapar de las defensas mentales de Fischer en una camioneta y se duermen para pasar al siguiente nivel de sueño, el sueño de Arthur, mientras que Yusuf se queda para proteger al resto del equipo. El segundo sueño tiene lugar en un hotel donde el equipo engaña a Fischer, haciéndole creer que el secuestro en el primer nivel era real y organizado por Browning. Cobb convence a Fischer de entrar en el subconsciente de Browning para enterarse de los motivos, pero de hecho el equipo entra en el del mismo Fischer, permaneciendo Arthur en el nivel para proteger al equipo. El tercer nivel es una fortaleza en una montaña nevada, en la que Fischer debe entrar para descrubrir la idea implantada. Fischer es asesinado por Mal, provocando que éste caiga al limbo. Mientras Eames y un moribundo Saito se quedan atrás para defenderse de las hostiles proyecciones de Fischer, Ariadne y Cobb siguen a Fischer a un cuarto nivel en un intento de salvar la misión y enfrentarse a Mal.

La Escalera de Penrose es incorporada para ejemplificar los objetos imposibles que se pueden crear en los sueños.

El cuarto nivel es la distopía de Cobb, donde Ariadne y él se enfrentan con Mal. Ésta intenta convencerle de que permanezca en el limbo con ella, haciéndole cuestionarse la realidad. Cobb confiesa que, originalmente, él introdujo en la mente de Mal la idea de que el mundo en el que vivían no era real, para así despertar del sueño —hecho que prueba que "origen" (inception) era posible— pero dicho pensamiento continuó creciendo incluso después de que ella despertara, lo cual hace a Cobb indirectamente responsable de su muerte. Éste llega a la conclusión de que por más que se esfuerce, la proyección de Mal nunca será más que una sombra de lo que fue su verdadera esposa. Ella le ataca, pero Ariadne le dispara y vuelve con Fischer a la fortaleza en la montaña, donde éste determina que su padre quería verle como un hombre independiente y decide disolver la empresa.

Para despertar al equipo de los sueños, las "patadas" (acciones que hacen que alguien despierte, como la sensación de caer) de cada nivel deben sincronizarse: explosivos en la fortaleza de la montaña, el ascensor del hotel cayendo y la camioneta estrellándose en el río. Saito, herido, muere en la fortaleza y, aunque las patadas son inminentes, Cobb se mantiene en el limbo para localizarlo y llevarle de vuelta al mundo real. La película conecta de nuevo con la escena del principio, donde Cobb, prevenido por las anteriores palabras del anciano y reaccionando ante ellas, continúa su diálogo con él —revelando a un envejecido Saito que ha pasado décadas en el limbo— para devolverlos a ambos a la realidad. Entre ellos se desarrolla un diálogo

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