David Aames (Tom Cruise) tiene todo lo necesario para ser feliz: es guapo, rico, y trabaja en una exitosa firma de publicidad de Nueva York. Y sin embargo, algo falta en su vida. Una noche conoce a la chica de sus sueños, Sofía Serrano (Penélope Cruz) y se enamora de ella instantáneamente. Pero David debe luchar contra el amor neurótico de su novia Julie (Cameron Díaz), quien, desquiciada, lanza su coche contra un barranco. Ella muere y David queda tan desfigurado que su cara resulta monstruosa. Pasan los meses y ningún cirujano ha conseguido restaurar el rostro de David, Sofía no quiere mirarle a la cara y en un momento de desesperación se emborracha y aparece dormido en la acera. A partir de entonces todo parece haber cambiado. Sofía lo ama, los cirujanos le reconstruyen el rostro, pero algo raro sucede. De repente Sofía desaparece y en su lugar se le muestra el rostro de Julie, quien afirma ser Sofía y tiene su documentación en regla. Es entonces cuando David cae en el abismo de su peor pesadilla, no entiende nada de lo que está pasando y no sabe si ha perdido el juicio o si hay una trama para engañarlo.