Un marine condecorado en varias ocasiones desaparece en combate, y su hermano, la oveja negra de la familia, se hace cargo de su mujer y de sus hijos. Las consecuencias de esta decisión sacudirán los cimientos de la familia.

BROTHERS – HERMANOS cuenta la historia de dos hermanos, el capitán Sam Cahill (TOBEY MAGUIRE), de treinta y pico años, y su hermano menor Tommy Cahill (JAKE GYLLENHAAL), auténticos polos opuestos. Sam, a punto de salir para su cuarta misión, es un hombre seguro de sí mismo, amante de su familia, que se casó con su novia del instituto, la guapa Grace (NATALIE PORTMAN), con la que tiene dos hijas pequeñas (BAILEE MADISON, TAYLOR GEARE). Tommy, su joven y carismático hermano, siempre ha dado tumbos, pero ha conseguido salir adelante gracias a su ingenio y encanto. En su primera noche fuera de la cárcel es fiel a su papel de provocador durante la cena de despedida de Sam en casa de Elsie (MARE WINNINGHAM) y de su padre Hank Cahill (SAM SHEPARD), un marine retirado.

En plena misión en Afganistán, Sam desaparece en combate cuando su helicóptero Black Hawk es derribado en las montañas. La familia Cahill se enfrenta a un terrible vacío, y Tommy intenta sustituir a su hermano, haciéndose responsable de Grace y de las niñas.

Pero Sam no ha muerto; él y un compañero han sido capturados por los talibanes. En las lejanas y duras montañas de Pamir, Sam es sometido a torturas que amenazan con destruir sus sentimientos. Mientras Sam pierde la identidad, Tommy reconstruye la suya. En medio del dolor y de la extrañeza de una nueva vida, Grace y Tommy se sienten cada vez más cerca. La frialdad desaparece, pero se asustan y avergüenzan de la atracción mutua que sienten.

Cuando Sam regresa inesperadamente, la tensión se instala en la familia. El marine ha cambiado, ahora es una persona retraída, temperamental, y empieza a sospechar de su esposa y de su hermano. Los roles habituales han cambiado de manos y los dos hermanos acabarán enfrentándose física y mentalmente. ¿Quién dominará en medio de unas dinámicas familiares cambiantes? ¿Cómo solucionarán el problema del amor, de la lealtad y de la masculinidad con la mujer atrapada entre los dos?.