El detective de la policía de San Francisco Scottie Ferguson sufre de vértigo y se ve comprometido a retirarse del servicio cuando un compañero cae de una cornisa al vacío, durante la persecución de un delincuente. Un día recibe una llamada de Gavin Elster, un antiguo compañero de estudios y le contrata para vigilar discretamente a su esposa Madeleine.\Su bella mujer sufre de melancolía y parece estar poseída por el espíritu de su bisabuela, Carlota Valdés, muerta cien años antes, con ánimo de matarla. Scott la sigue y observa por distintos lugares de la ciudad: tiendas, cementerios, hoteles, museos, mientras empieza a investigar la trágica historia de Carlota. Aunque intenta impedir un intento de suicidio, finalmente no puede evitar que Madeleine se arroje desde la torre de un campanario y muera. Descubre que estaba realmente enamorado de Madeleine y cae en un fuerte estado de shock.\Tiempo después se cruza en la calle con Judy Barton, una mujer corriente y la asocia a Madeleine. Decidido a recuperar su amor perdido, se hace amigo suyo y va intentando transformarla en su recuerdo, obligándola a vestirse e incluso moverse como ella.