En el bullicioso Nueva York de los años 40, un detective de homicidios, Mark McPherson, recibe un caso intrigante: el asesinato de una joven y prometedora publicista llamada Laura Hunt. A medida que investiga, McPherson queda atrapado en el enigmático mundo de Laura, quien, a través de la influencia de su presencia, va más allá de lo que cualquier evidencia podría mostrar. La hermosa pintura de su retrato, los recuerdos de quienes la conocieron y sus propias fantasías sobre ella empiezan a consumirlo.
Con cada testimonio que escucha, el detective se sumerge aún más en la vida de Laura: su relación con un rico productor de publicidad, un artista obsesivo y su amigable pero manipuladora tía. Pero el misterio se complica cuando, poco a poco, la visión idealizada que McPherson tiene de ella se encuentra con la dura realidad y los secretos ocultos que rodean su vida.
A medida que los giros y vueltas se despliegan, el detective lucha entre la lógica del caso y su creciente atracción por Laura, quien parece más viva que nunca a través de las historias que otros cuentan. En un giro inesperado, Laura se convierte en un personaje real nuevamente, desafiando todas las pruebas y estableciendo una compleja red de emociones y malentendidos. El clímax de la investigación deja a McPherson preguntándose no solo sobre el crimen, sino sobre su propia percepción del amor y el deseo.