Situado no início dos anos 60, O CÉREBRO QUE NÃO MORREU segue as desventuras do Dr. Bill Cortner (Patrick Green), um cirurgião brilhante, cujas práticas não-ortodoxas produzem resultados fantásticos - a reanimação de tecido morto. O pai e mentor de Bill, William, adverte seu filho contra a intromissão nas forças da natureza, mas Bill insiste que seu trabalho acabará com a mortalidade humana.

Os métodos de Bill são postos à prova quando sua noiva, Jan Compton (Rachael Perrell Fosket), é decapitada em um acidente de carro. Fugindo com seus restos mortais para seu laboratório secreto, Bill revive com sucesso a cabeça de Jan em uma panela. Ela implora pela morte, mas Bill se recusa a aceitar, prometendo que ele pode recuperá-la. Colocando seu assistente, Kurt (Jason Reynolds), no comando do laboratório, Bill sai para encontrar um novo corpo para Jan, sabendo muito bem que ele terá que matar uma mulher inocente para fazê-lo.

A busca de Bill leva-o pelo ventre decadente da cidade, de cabarés enfumaçados a competições de maiô desprezíveis. Apesar de seus esforços, Bill é frustrado a todo momento, evitando por pouco as suspeitas de Mancini (Robert Blanche), o detetive que investiga o acidente de carro. No entanto, a sorte de Bill muda quando ele se depara com uma antiga paixão, Doris Powell (Mia Allen), um modelo vulnerável com necessidades cirúrgicas.

Enquanto isso, Jan, determinada a acabar com a loucura, usa suas habilidades psíquicas recém-descobertas para se comunicar com outro experimento hediondo deformado por Bill. Juntos, eles planejam sua vingança ...

Remake de 2020 de um clássico dos anos 60.