La película sigue el curso de tres narraciones entrelazadas, que tienen lugar en distintos espacios temporales: el siglo XXI, la era de la conquista de América, y el futuro.

El científico

El investigador y oncólogo Tommy Creo (Hugh Jackman) intenta hacer retroceder los tumores cerebrales de un mono a través de los ensayos con animales. Su trabajo está motivado por su esposa enferma de cáncer llamada Izzi (Rachel Weisz). Cuando él y su equipo fracasan con las pruebas en un mono llamado Donovan, Tommy se inspira para romper el protocolo médico y prueba usar un compuesto derivado de un extraño árbol de Guatemala. En un primer momento, el fármaco no detiene el crecimiento del tumor, pero sorprendentemente rejuvenece a Donovan, luego viene la curación y la mejora de sus heridas y capacidades cognitivas del mono.

Cuando Tommy regresa a casa, Izzi, su esposa, le señala una nebulosa brillante y la describe como Xibalbá, el inframundo maya al cual viajan todas las almas cuando mueren. También le muestra Tommy un libro que está escribiendo, que se sitúa en la conquista de América, titulada The Fountain (La Fuente). Cuando Izzi se va a dormir, Tommy lee el libro y se queda dormido. Cuando despierta, se entera que Izzi ha ido al museo. La encuentra allí, y ella le explica la historia de la creación de los mayas: le cuenta de como el primer creador del mundo se sacrificó a sí mismo para dar vida a todos los seres del mundo. Unos minutos después, ella se derrumba y Tommy corre con ella al hospital. Cuando Izzi está en el hospital le dice a su marido que ya no teme la muerte, Tommy no acepta esto y regresa a su laboratorio a seguir trabajando desesperadamente para encontrar una cura para el tumor cerebral de Izzi.

Durante una de las visitas al hospital, Izzi entra en paro cardiaco y los enfermeros obligan a Tommy a abandonar la habitación. En ese momento la doctora Lillian Guzetti (Ellen Burstyn) se comunica con Tommy y le dice que el tumor de Donovan se está reduciendo. Tommy se apresura a regresar a la habitación con la noticia, sólo para encontrar que Izzi no puede ser resucitada. En el funeral de Izzi, Tommy le dice a Guzetti: "La muerte es una enfermedad como cualquier otra, hay una cura. Y yo la encontraré."

El conquistador

Durante el siglo XVI en España, el Gran Inquisidor, Silecio (Stephen McHattie) sataniza a la Reina de los españoles, Isabel(Rachel Weisz) como una hereje. El inquisidor, poco a poco va conquistando territorios de la Penísula Ibérica, como parte de su plan para tener a España bajo su poder, causando la muerte de los seguidores de la reina a lo largo del camino. Tomás (Hugh Jackman), un soldado al servicio de Isabel, conspira para asesinar a Silecio, sólo para ser detenido por un subordinado, el capitán Ariel (Cliff Curtis), que trae un mensaje urgente de la Reina. Volviendo a la corte de Isabel, Tomás tiene la misión de encontrar el Árbol de la vida en Nueva España (Guatemala), el cual es descrito en el Génesis. La ubicación del Árbol de la vida se revela en un mapa oculto, y está representada por una daga maya robada por el Padre Avila (Mark Margolis) cuya orden franciscana respalda a la Reina.

Tomás viaja al Nuevo Mundo con los conquistadores y los compañeros de Avila para encontrar el Árbol de la vida. A medida que la búsqueda se prolonga y las dificultades se multiplican, algunos de los hombres deciden organizar un motín; Tomás restablece el orden matando a los cabecillas, una vez que Avila revela que han llegado a su destino. Cuando Tomás y sus hombres se acercan a la pirámide, en cuya cima se encuentra el Árbol de la vida, los guerreros mayas los atacan. Dos soldados que huían mueren inmediatamente, pero Tomás es capturado por los guerreros que le fuerzan a subir a la pirámide. Cuando llegan a la cima del templo, Tomás es apuñalado en el abdomen por un sacerdote maya que lo estaba esperando.

El astronauta

El astronauta, Tom (Hugh Jackman), viaja hacia una nebulosa dorada en una nave espacial esférica que también alberga El árbol de la vida. Tom medita y realiza prácticas de Tai Chi Chuan, pero es atormentado por visiones de Izzi (Rachel Weisz). Él se concentra en llegar a la nebulosa, asegurando al Árbol de la vida que renacerá en la llegada. Pero a pesar de sus garantías, el árbol muere. Izzi atormenta a Tom en una visión y le alienta a que termine de escribir su libro: The Fountain. Tom se enfrenta a su miedo, a la muerte, y acepta morir, lo que le permite finalmente escribir el libro y terminarlo.

Resolución

En lugar de matarlo, el sacerdote identifica a Tomás como el Primer Padre, la deidad que se autosacrificó para crear el mundo. El sacerdote, a su vez, se presenta a sí mismo como un sacrificio, y Tomás le abre una herida en su garganta. Luego pasa a través de una puerta y encuentra El árbol de la vida. Perfora el tronco con la daga maya, la savia se derrama en el suelo y una pequeña planta crece y florece en el lugar que cayó la daga. Tomando esto como una señal de rejuvenecimiento, Tomas aplica la savia a su herida abdominal y se sana. A continuación, bebe la savia sólo para derrumbarse con hojas y flores que llenan su cuerpo y es enterrado junto al Árbol de la vida. En el futuro se muestra a Tom pasando por el corazón de la nebulosa Xibalba y quedar en paz con el pensamiento de su muerte inminente, la estrella explota y el árbol florece una vez más. En la actualidad se muestra a Tommy que planta una semilla del árbol sobre la tumba de Izzi simbolizando así la resurrección de la vida a través de la muerte.