Die Handlung setzt in Deutschland ein und der Protagonist, Dr. Heiter, entführt an einer Autobahnraststätte einen LKW-Fahrer in sein Haus. Später sind die zwei Touristinnen Lindsay und Jenny auf dem Weg zu einer Party, als sie auf einer verlassenen Waldstraße eine Reifenpanne haben. Nachdem sie von einem alten Mann belästigt werden, entscheiden sie sich, durch den Wald zu laufen, um irgendwo ein Telefon zu finden und den Pannendienst anzurufen, da ihre Handys keinen Empfang haben. Sie erreichen schließlich das großzügig angelegte Haus von Dr. Heiter, der die zwei Frauen erst freundlich empfängt, dann aber mit Medikamenten betäubt. Als sie wieder aufwachen, befinden sie sich in einem OP-Raum im Keller des Hauses.

Martin ist ein psychisches Wrack. Er wurde von seinem Vater missbraucht und misshandelt. Er lebt immer noch bei seiner Mutter, die ihn hasst, da er ihren Mann hinter Gittern gebracht hat. In einem Londoner Parkhaus arbeitet Martin und während dieser Arbeit schaut er immer wieder seinen Lieblingsfilm: Human Centipede. Er kann nicht genug davon bekommen, vergöttert den Film und seinen Bösewicht Dr. Heiter. Doch er ist kein einfacher Fan, nein er ist verrückt nach dem Film und nach der Idee aus Menschen einen Tausendfüßler zu machen. So fängt er an sich seine Opfer zu suchen und beginnt mit der Arbeit, er will seinen Lieblingsfilm überbieten und zwölf Menschen zusammennähen …