Frank Pepperidge (Bill Murray) não vive da maneira mais saudável possível. Come porcarias direto do chão, não liga para dietas balanceadas e nem pensa em fazer exercícios. Em um desses descuidos, deixa entrar em seu corpo Thrax, um vírus letal, que está determinado a acabar com o que encontrar pela frente. Frank nem suspeita que dentro de seu corpo existe uma verdadeira cidade governada pelo cérebro, invadida por bactérias foras-da-lei, patrulhada por células brancas e… reproduzidas em um desenho animado de traçados ágeis, cores fortes e muito movimento. Uma dessas células brancas é Osmose Jones (voz de Chris Rock), um policial que gosta de trabalhar sozinho. Para a infelicidade de Osmose, Frank começa a sentir os primeiros sintomas causados por Thrax e toma a pílula Drix. É claro que Drix é designado para trabalhar com Osmose