Setelah kehilangan pekerjaan dan pernikahannya, Rachel Watson, mantan pecandu alkohol yang sedang berusaha pulih, menghabiskan hari-harinya dengan naik kereta tanpa tujuan ke New York City. Dari balik jendela kereta, ia terobsesi mengamati kehidupan mantan suaminya, Tom, istri barunya Anna, serta tetangga mereka, Scott dan Megan Hipwell. Megan sebelumnya bekerja sebagai pengasuh bayi Tom dan Anna, Evie, namun baru saja berhenti.

Saat masih menikah dengan Tom, Rachel mengalami depresi akibat infertilitas dan mulai kecanduan alkohol. Kebiasaan minumnya memicu blackout dan perilaku destruktif. Di sebuah acara barbeku kantor Tom, Rachel yang mabuk membuat keributan hingga Tom kehilangan pekerjaannya. Kini, saat kembali mabuk, Rachel kerap meneror Tom dan Anna lewat telepon, meski ia hampir tak mengingat perbuatannya setelah sadar.

Suatu sore, Rachel melihat Megan berciuman dengan pria asing. Emosi, Rachel berniat mengonfrontasi Megan, namun ia terbangun beberapa jam kemudian di tempat tidurnya sendiri dengan tubuh berlumuran darah. Tak lama, Megan dilaporkan menghilang. Detektif Riley memeriksa Rachel karena ia terlihat berada di sekitar lokasi pada hari kejadian.

Rachel lalu menghubungi Scott dengan menyamar sebagai teman Megan untuk memberitahunya soal perselingkuhan tersebut. Scott menunjukkan foto psikiater Megan, Dr. Kamal Abdic, yang dikenali Rachel sebagai pria yang ia lihat berciuman dengan Megan. Abdic pun diperiksa sebagai tersangka, tetapi ia mengungkap bahwa Scott bersikap abusif secara emosional. Kecurigaan pun beralih ke Scott.