可可西里讲述了警察尕玉（张磊 饰）为调查藏羚羊遭猎杀的情况，假扮记者跟随考察团深入可可西里。这里气候严寒、空气稀薄，含氧量极低，被视为人类生存的“禁区”。抵达后，尕玉亲眼见证了人性的贪婪，以及人类与自然环境之间激烈而残酷的冲突。藏羚羊保护站的巡山队员先是遭到盗猎者枪杀，随后，他们又发现盗猎者逃离后遗留下的大批藏羚羊尸骨。面对恶劣的自然条件，巡山队员一路追捕凶手，最终仅夺回部分藏羚羊皮毛。在与严酷环境抗争的同时，他们还要周旋于凶残的盗猎者之间，尕玉和巡山队员由此面临着生死考验。
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