La brillante y respetada psicóloga criminal, la doctora Miranda Grey (Halle Berry) es una experta cuando se trata de saber lo que es racional. Lo que es lógico; Lo que es cuerdo.

Bajo la dirección de su marido (Charles S. Dutton), administrador jefe de la sala psiquiátrica de la Institución Femenina Woodward, Miranda trata a pacientes peligrosas y perturbadas como Chloe (Penélope Cruz), una asesina sumamente carismática, cuyas confesiones sobre torturas satánicas son descritas por la juiciosa doctora como serpenteos psicóticos de una mente paranoide.

Pero su cómodo matrimonio y su estable vida se ven amenazados tras un críptico encuentro con una misteriosa joven que la lleva a una pesadilla más allá de su imaginación.

Cuando Miranda despierta de su horrible incidente, se sobrecoge al descubrir que su marido ha sido asesinado y la evidencia de sangre apunta directamente hacia ella. Incapaz de asimilar que hubiera cometido tal acto de brutalidad inmotivada contra un hombre que amó y admiró, Miranda se encuentra de repente confinada en Woodward junto a los pacientes altamente inestables que solía tratar.

Sin recuerdos sobre la noche en cuestión, con sólo visiones fracturadas de la enigmática chica, el comportamiento de la doctora comienza a ser cada vez más impredecible. Sus antiguos colegas ven su declaración de inocencia como el inicio de un profundo descenso a la locura, como el Dr. Peter Graham (Robert Downey Jr.), colega comprensivo pero escéptico de Miranda, que también lucha contra sus propios miedos.

Obligada a confiar en su instinto en lugar de en sus sentidos, Miranda empieza a creer que ha sido poseída por una fuerza sobrenatural decidida a llevar a cabo su venganza a costa de su salud mental. Mientras Chloe la arrastra a lo más profundo de su infierno personal, Miranda debe decidir si la están conduciendo hacia la locura... o más cerca de la verdad.