Film "Brothers" menceritakan tentang dua orang bersaudara, Kapten Sam Cahill (Tobey Maguire), seorang angkatan laut, dan Tommy Cahill (Jake Gyllenhaal). Sam yang menikah dengan Grace (Natalie Portman) memiliki dua anak perempuan. Sedangkan Tommy baru saja keluar dari penjara ketika Sam mendapat misi dalam perang Afghanistan.
Saat Sam menjalankan tugasnya, ia diduga meninggal karena helikopter Black Hawk yang ditumpanginya jatuh ditembak musuh di daerah pegunungan. Kabar kematian Sam membuat keluarganya bersedih dan Tommy kemudian berusaha menghibur mereka dengan mengisi posisi Sam di keluarga itu.
Akan tetapi ternyata Sam tidak meninggal. Ia dan temannya ditangkap oleh tentara Taliban. Hidup dalam kekerasan di sebuah daerah terpencil pegunungan Pamir, Afghanistan, membuat Sam trauma dan mengakibatkan perangainya berubah.
Disaat yang sama, anak-anak Sam dan Grace semakin dekat dengan Tommy. Kehidupan baru yang dijalani oleh Tommy dan Grace semenjak Sam dikabarkan meninggal lambat laun membuat mereka saling jatuh cinta.
Suatu hari tanpa terduga, Sam kembali pulang ke Amerika. Kedatangannya membuat gugup seluruh keluarga. Ia kemudian mencurigai adanya hubungan di antara Tommy dan Grace. Sam dan Tommy yang perannya dalam keluarga Cahill nyaris tertukar kini dihadapkan pada masalah cinta, kesetiaan dan kedewasaan.