우울증에 시달리던 에밀리(루니 마라)는 정신과의사 뱅크스(주드 로)가 처방해준 신약을 먹고 호전됨을 느낀다. 더 이상 공허함도 없고 남편(채닝 테이텀)과의 섹스도 원만해졌다. 어느 날 한밤중에 멍한 눈으로 주방을 헤매는 에밀리에게 신약의 부작용인 몽유병 증세가 나타나고, 무의식 중 그녀는 살인을 저지르고 만다. 정신을 차린 에밀리는 아무런 기억을 하지 못한 채 검거된다. 에밀리는 감옥에서 이 모든 것이 약의 부작용이라며 자신의 무죄를 호소하고, 약을 처방한 뱅크스는 매스컴에 오르며, 그의 사생활도 무너지기 시작한다. 자신의 억울한 누명을 벗기 위해 사건을 조사하던 뱅크스는 에밀리가 단순히 약의 부작용으로 살인한 게 아니라는 의심을 하게 되는데…
빈 대학 의학부를 졸업한 프로이트는 파리의 정신병원에서 샤르코의 지도 아래 히스테리 환자를 관찰하고 최면술을 통한 치료 과정을 보게 되면서 인간의 내면에는 본인이 의식하지 못하는 과정, 즉 무의식이 존재한다는 것을 믿게 된다. 같은 의사이자 정신적인 아버지라 할 수 있는 브로이어와 함께 히스테리 환자를 치료하던 프로이트는 자유연상법을 통해 세실이라는 젊은 여성 환자를 완쾌시키게 된다. 또한 그녀의 아버지에 대한 사랑과 어머니에 대한 미움, 그리고 젊은 남성 환자의 어머니에 대한 집착 등을 목격하게 되면서 차츰 오이디푸스 콤플렉스와 '소아성욕론' 이론을 정립해 나가게 된다. 그러나 보수적인 학계에선 이를 받아들이지 못하고 학회에서 자신의 이론을 발표한 프로이트는 심한 모욕을 받는다.
