Le Dr Miranda Grey (Halle Berry) travaille comme psychologue sous les ordres de son mari (Charles S. Dutton), le directeur de la section psychiatrique du pénitencier pour femmes de Woodward. Elle y traite des patientes dangereusement troublées comme Chloe (Penélope Cruz), une meurtrière charismatique dont les confessions de tortures sataniques proviennent selon le médecin d’un esprit paranoïde.

Seulement, le mariage et l’existence stable de Miranda sont soudainement en péril quand une rencontre avec une jeune fille mystérieuse mène à un cauchemar qui dépasse tout ce qu’elle aurait pu imaginer.

Quand Miranda se réveille après l’horrible incident, elle découvre que son mari a été assassiné et tous les indices sanglants se tournent contre elle. Elle se retrouve enfermée à Woodward avec les patientes qu’elle traitait avant avec un détachement méthodique.

Son seul souvenir de la nuit du meurtre sont des images fragmentaires de la jeune fille mystérieuse et son comportement labile et ses affirmations qu’elle est innocente sont considérés par ses anciens collègues dont le Dr Pete Graham (Robert Downey Jr.) comme des signes d’une folie de plus en plus irréversible. Miranda doit se fier à ses instincts au lieu des faits et peu à peu, elle commence à croire qu’elle est possédée d’une force surnaturelle qui exige vengeance…