Paprika se desarrolla en un mundo de un futuro próximo en el que es posible entrar en los sueños, registrarlos e incluso alterarlos mediante el experimental DC Mini, un dispositivo desarrollado por un laboratorio de investigación dirigido por Atsuko Chiba y el talentoso técnico Kosaku Tokita. De día, Atsuko trabaja como una científica meticulosa; en el mundo onírico, se convierte en Paprika, una presencia más desenfadada que ayuda a guiar a los pacientes por su subconsciente y a sacar a la luz los recuerdos y miedos enterrados bajo la superficie.
Pero el DC Mini también vuelve peligrosamente frágil la frontera entre la vigilia y el mundo de los sueños. Cuando roban el prototipo, comienzan a producirse extraños incidentes que se extienden por el laboratorio y más allá, dejando a científicos, pacientes e investigadores atrapados en una oleada de perturbaciones surrealistas. Atsuko y Tokita deben darse prisa para recuperar el dispositivo antes de que se use para manipular mentes y convertir los sueños en un arma.
Junto al oficial Konakawa, uno de los participantes en la terapia experimental, siguen el rastro del ladrón a través de realidades cambiantes, donde chocan el deseo, la culpa y la imaginación. A medida que el mundo de los sueños se vuelve cada vez más inestable, Paprika se convierte en una tensa lucha por preservar la propia identidad antes de que el subconsciente se imponga al mundo de la vigilia.