1950년대, 샌프란시스코. 형사 존 '스코티' 퍼거슨은 용의자를 추격하는 중에, 자신을 구하려다 지붕에서 떨어져 죽는 동료 경찰관을 보고 트라우마가 생겨 고소공포증에 걸린다. 아주 조금이라도 높은 곳에 올라가면 현기증에 걸릴 정도로 중증인지라, 스코티는 형사직을 그만둔다. 그러던 중 옛 친구 개빈을 만나는데, 개빈은 스코티가 전직 형사임을 근거삼아 자기 아내인 매들린을 미행해 달라는 부탁을 한다. 퍼거슨은 차라리 탐정을 쓰라며 거절하지만, 개빈은 매들린이 유령에 홀린 것 같다고 말한다. 그래서 우선 미행을 통해 상황을 알아보자고 하며 스코티에게 미행해 주기를 부탁한다. 스코티는 개빈의 아내 매들린을 미행하기 시작한다. 매들린을 뒤쫓다보니 실제로 매들린이 그녀의 증조모 칼로타 발데스의 유령에 홀려 있는 것 같은 여러 상황들을 접한다. 그 와중에 금문교 밑 바닷가에서 물속에 뛰어드는 매들린을 구출하고, 이를 통해 스코티는 매들린과 인연을 맺는다.

하지만 개빈이 한 가지 예상못한 변수가 있었으니, 바로 주디도 스코티를 진심으로 사랑하기 시작한 것이다. 결국 주디는 고민 끝에 이 모든 음모를 숨기며 만남을 이어가고 그렇게 그 둘은 연인이 된다. 하지만 스코티는 이미 죽은 매들린에 대한 집착에 빠졌기에 주디를 자기가 사랑했던 매들린처럼 어떻게든 꾸미려고 주디에게 매들린의 옷과 헤어스타일을 강요한다. 스코티의 집착을 견디지 못한 주디는 어쩔 수 없이 스코티의 부탁을 들어주고 과거 자신이 연기했던 매들린처럼 분장한다. 그 순간 스코티는 주디가 분명 사라졌어야 할 매들린의 목걸이를 착용하는 이상한 광경을 발견한다.

실제로 목걸이 때문에 진상을 알아챈 뒤에는 주디를 문제의 사건이 벌어진 그 종탑으로 끌고 가서 추궁하는데, 대사도 "I was the setup. I was a made-to-order witness. (나는 호구였어. 맞춤형 증인이었다고.)"라고 허탈해하다가 갑자기 사람이 변한 것처럼 "I... I made it."라고 말하는데, 이 made가 꾸미다(make over)라면 개빈이 주디를 이용해 자기를 속였던 것처럼 자신도 주디를 매들린으로 꾸몄으므로 개빈처럼 해낼 수 있다는 자신감(?)이 된다. 종탑 꼭대기에 다다라서는 주디를 추궁하다가 목걸이로 모든 걸 알아챘다면서 "I loved you so, Madeleine. (널 너무 사랑했어, 매들린.)"이라며 주디를 매들린과 겹쳐보는 모습도 보여주고,[8] 주디도 상황의 심각성을 깨달았는지 '당신을 사랑했기에 (매들린처럼) 꾸미라는 요구에 응한 거다, 이제 날 (개빈으로부터) 지켜달라'면서 스코티에게 달려들어 키스하지만 수녀를 보고 놀라더니 "No! (안 돼!)"라고 외치고 떨어져 죽는다. 이 해석을 따르면 주디는 마지막에 스코티의 사랑을 되찾으려고 했지만 정체불명의 형상(아마 그녀의 불안 + 스코티를 옭아매는 고집)을 보고 놀라서 떨어진 게 된다. 따라서 주인공인 스코티 또한 제대로 된 인물은 아니라고 볼 수 있다. 여기도 참고. 크게는 영화 초반에 나왔던 진짜 매들린의 증조모 칼로타 발데스 이야기처럼 칼로타의 영혼 혹은 작중 내내 되풀이되는 속물주의[9]가 원인일 수도 있다. 주디가 자살한 것이라고 보는 견해도 있는데, 어쨌든 주디가 매들린으로 분장해서 스코티를 거짓 증인 삼아 진짜 매들린의 살해에 일조한 것은 분명하므로 작품 외적으로도 주디가 죽어야 당위성이 있다.