„Poreklo očiju“ pripoveda priču o dr Ijanu Greju (Majkl Pit), molekularnom biologu koji izučava razvoj oka. Nakon kratkog susreta sa neobičnom devojkom (Astrid Berže-Frizbi), koja nestaje bez pozdrava, on shvata da posao previše utiče na njegov život. Nastavlja svoje istraživanja i godinama kasnije, zajedno sa svojom laboratorijskom partnerkom Karen (Brit Marling) dolazi do neverovatnog naučnog otkrića koje ima dublji smisao i koje komplikuje njegova dotadašnja naučna i duhovna ubeđenja. Putujući širom sveta, rizikuje sve što je ikad znao da bi dokazao svoju teoriju.