Em Trem-Bala, Ladybug (Brad Pitt) é um assassino azarado, determinado a fazer seu trabalho pacificamente depois de muitas missões saírem dos trilhos. Quase desistindo de sua carreira, ele é recrutado por Maria Beetle (Sandra Bullock) para coletar uma maleta em um trem-bala indo de Tóquio para Morioka. O destino, no entanto, pode ter outros planos, pois a última missão de Ladybug o coloca em rota de colisão com adversários letais de todo o mundo - todos com objetivos conectados, mas conflitantes. A bordo estão os companheiros assassinos Kimura, Prince, Tangerine e Lemon. No trem mais rápido do mundo - um dos trens-bala Shinkansen, no Japão - Ladybug fica sob ameaça com uma bomba que explodirá automaticamente se o trem diminuir a velocidade abaixo de 80 quilômetros por hora, a menos que um resgate seja pago. E ele precisa descobrir como sair.