L’inspector de San Francisco Scottie Ferguson sofreix de vertigen i es veu obligat a retirar-se del servei quan un company cau d’una cornisa al buit, durant la persecució d’un delinqüent. Un dia rep una trucada de Gavin Elster, un antic company de classe, milionari, que li demana que vigili discretament a la seva esposa Madeleine, que sembla estar posseïda per l’esperit de la seva besàvia, Carlota Valdés, morta cent anys abans. Després de seguir-la i observar-la durant uns dies, Ferguson s’obsessiona amb Madeleine. A partir d’aquell moment es veu embolicat en una trama de la que ja no pot sortir.