Scottie Ferguson, un antiguo detective de la policía de San Francisco que sufre vértigo y miedo a las alturas, acepta el encargo de un viejo amigo para seguir a su esposa, Madeleine, cuyo comportamiento extraño parece estar relacionado con una mujer muerta hace muchos años. Fascinado por ella, Scottie se sumerge en una investigación que se transforma en una obsesión, en la que se confunden la memoria, el deseo y la identidad.