Rachel Watson, boşandığı kocasının yaşadığı kasabadan her gün trenle geçerken, geçmişinin enkazında savrulmaktadır. Hayatı, alkol sorunlarıyla daha da içinden çıkılmaz bir hâl almıştır. Her gün aynı trene binip işe gidiyor gibi yapar, oysa işini aylar önce kaybetmiştir. Trenin camından bakarken, bir zamanlar eşiyle birlikte yaşadığı evin önünden geçer. Artık o evde eski kocası Tom, yeni karısı Anna ve bebekleriyle birlikte mutlu bir yaşam sürmektedir.

Rachel, aynı mahallede, tren yoluna birkaç ev ötede yaşayan Megan ve Scott Hipwell adlı çifti de gözüne kestirir. Onların hayatı Rachel’a göre mükemmeldir. Aşk dolu, huzurlu, sorunsuz bir birliktelikleri olduğuna inanır ve her tren yolculuğunda hayranlıkla onları izler. Kendi hayal kırıklıklarının içinde, başkalarının mutluluğuna bir pencere açmaya çalışır. Ancak bu gözlemler zamanla Rachel’ın takıntılı bir meraka dönüşür.

Bir gün, trenle geçerken Megan'ı başka bir adamla gördüğünü düşünür. O an, izlemeyi alışkanlık hâline getirdiği bu “kusursuz hayat”ın aslında göründüğü gibi olmadığını fark eder. Fakat aynı gece yaşanan bir olay, her şeyi altüst eder. Ertesi sabah Rachel, kanlar içinde ve vücudu yara bere içinde bir şekilde uyanır; geceye dair hiçbir şey hatırlamamaktadır. Dahası, televizyonu açtığında Megan Hipwell’in kaybolduğunu öğrenir.

Polis araştırma başlatır. Rachel, bir yandan kendi hafızasının boşluklarını doldurmaya çalışırken, bir yandan da Megan'ın başına ne geldiğini çözmeye çalışır. Ancak geçmişi, alkolik oluşu ve obsesif davranışları nedeniyle polis ve çevresindekiler tarafından ciddiye alınmaz. Hafıza parçaları zamanla geri döndükçe, Rachel gerçeğe biraz daha yaklaşır ve Megan’ın yaşadığı hayatın düşündüğü kadar kusursuz olmadığını fark eder. Eski kocası Tom’un, Megan, Anna ve kendisiyle kurduğu ilişkilerdeki karanlık bağlar ortaya çıkmaya başlar.

Film boyunca Rachel’ın iç dünyasındaki belirsizlik, gerilimle örülü olaylar zinciriyle birlikte seyirciyi de sürükler. Ne gördüğüne, ne hatırladığına ne de başkalarının söylediklerine tam olarak güvenemeyen Rachel, hem bir gizemi çözmek hem de kendi hayatının iplerini yeniden eline almak zorundadır.

Bu psikolojik gerilim, izleyiciyi hem karakterin zihinsel labirentinde dolaştırır hem de “gerçek”in ne kadar kırılgan ve değişken olabileceğini ustalıkla gözler önüne serer.