Numa noite de Inverno, numa estrada remota do Nebrasca, Mark Schluter, sofre um acidente quase fatal. A sua irmã Karin regressa à sua cidade natal para tomar conta de Mark. Porém, ao despertar de um prolongado coma, Mark acredita que esta mulher – que se assemelha, age e fala como a sua irmã – é, na verdade, uma impostora. Magoada pela recusa do irmão em reconhecê-la, Karin contacta o neurologista Gerald Weber, famoso pelas suas investigações sobre o mundo infinitamente bizarro dos distúrbios cerebrais. Weber acredita que Mark sofre de uma perturbação rara conhecida como síndrome de Capgras – a ilusão de que as pessoas que nos rodeiam são impostores. O que o médico descobre em Mark mina lentamente as suas próprias noções sobre o «eu». Entretanto, Mark, armado apenas de um bilhete deixado por uma testemunha anónima, tenta descobrir o que aconteceu na noite do seu inexplicável acidente. A verdade sobre essa noite mudará profunda e inalteravelmente a vida dos três.