Protagonis dan Neil merencanakan pencurian lukisan tersebut dari fasilitas penyimpanan di Bandara Oslo. Di sana, mereka menghadapi dua pria bertopeng yang muncul dari sebuah perangkat aneh.
Setelah insiden itu, Priya menjelaskan bahwa perangkat tersebut adalah pintu putar, mesin yang dapat membalikkan entropi benda dan orang.
Di Pantai Amalfi, Italia, Kat memperkenalkan Protagonis kepada Sator. Protagonis berhasil menyelamatkan nyawa Sator setelah Kat mencoba menenggelamkannya. Mereka kemudian bekerja sama untuk mengambil kotak yang diduga berisi plutonium-241 di Tallinn.
Namun, ternyata kotak tersebut berisi artefak yang hilang di Kyiv. Mereka disergap oleh Sator yang bergerak mundur dalam waktu dan menyandera Kat. Setelah memberikan koper kosong kepada Sator, Protagonis menyelamatkan Kat namun segera ditangkap dan dibawa ke gudang dengan pintu putar.
Di gudang tersebut, Sator yang bergerak mundur menembak Kat dengan peluru terbalik. Pasukan Tenet yang dipimpin oleh Ives (Aaron Taylor-Johnson) tiba dan menyelamatkan Protagonis. Mereka membawa Kat melalui pintu putar, membalikkan waktu dan menyembuhkan lukanya.
Protagonis yang kini bergerak mundur kembali ke lokasi penyergapan untuk mendapatkan artefak, namun dihadang oleh Sator. Mobil Protagonis terbakar, tetapi Neil menyelamatkannya dan mengungkapkan bahwa dirinya adalah anggota Tenet.
Protagonis, Neil, dan Kat kembali ke masa lalu di pelabuhan bebas Oslo. Protagonis berhadapan dengan dirinya di masa lalu, memasuki pintu putar dan kembali bersama Neil dan Kat.
Priya kemudian mengungkapkan bahwa Sator sedang mengumpulkan artefak untuk menyusun algoritma yang dapat membalikkan entropi Bumi secara dahsyat.
Kat mengungkapkan bahwa Sator sekarat karena kanker pankreas. Mereka mengetahui bahwa Sator menggunakan sakelar orang mati untuk memicu algoritma tersebut. Kat yakin bahwa Sator akan kembali ke masa lalu untuk bunuh diri selama liburan mereka di Vietnam.
Protagonis, Neil, Kat, dan pasukan Tenet kembali ke masa lalu. Kat menyamar sebagai dirinya di masa lalu untuk menjaga Sator tetap hidup cukup lama bagi Tenet untuk mengamankan algoritma.
Mereka menemukan algoritma di kampung halaman Sator di Siberia Utara, yang dijaga ketat. Dalam gerakan menjepit sementara, tim merah yang tidak terbalik dan tim biru yang terbalik melakukan serangan simultan.
