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Ben Campbell (Jim sturgess), un étudiant timide, mais brillant, se voit obligé de recourir aux cartes pour payer ses études à la M.I.T.. Il est recruté pour faire partie d'un groupe d'étudiants surdoués qui se rendent chaque week-end à Las Vegas. Armés de fausses identités et du savoir-faire nécessaire, ils conquièrent les tables de blackjack. Sous la direction de leur professeur de maths et génie en statistiques peu orthodoxe, Micky Rosa (Kevin Spacey), ils ont déchiffré le code. En comptant les cartes et grâce à un système de signaux compliqué, l'équipe bat à chaque fois les casinos. Séduit par l'argent, le style de vie de Las Vegas et sa coéquipière maligne et sexy, Jill Taylor (Kate Bosworth), Ben commence à pousser les limites. Compter les cartes n'est en soi pas illégal, mais les mises sont astronomiques et il ne s'agit plus uniquement de contrôler les chiffres, mais aussi de devancer Cole Williams (Laurence Fishburne), M. Muscles chargé de la sécurité des casinos et un ennemi redoutable.