Ben Campbell (Jim Sturgess) es un tímido y brillante estudiante del prestigioso Instituto Tecnológico de Massachusetts que, al no poder pagar la matrícula de la universidad, encuentra la solución en las cartas. Se le da la oportunidad de unirse a un grupo formado por los estudiantes más dotados de la escuela, que viajan a Las Vegas cada fin de semana armados con identidades falsas y con el conocimiento necesario para inclinar las probabilidades de éxito en el black-jack a su favor. Bajo la dirección del poco ortodoxo profesor de matemáticas y genio de la estadística Micky Rosa (Kevin Spacey), han conseguido descifrar el código del éxito. Al contar las cartas y emplear un intrincado sistema de señales, el equipo puede triunfar de forma colosal en los casinos. Seducido por el dinero, el estilo de vida de Las Vegas, y por su inteligente y atractiva compañera de equipo, Jill Taylor (Kate Bosworth), Ben empieza a cruzar los límites. Aunque contar las cartas no es ilegal, las apuestas son altas, y el desafío consiste no sólo en llevar bien la cuenta de los números, sino en ir un paso por delante del amenazador policía de casinos: Cole Williams (Laurence Fishburne).