故事发生在1954年，联邦执法官泰德·丹尼尔（莱昂纳多·迪卡普里奥饰）和上级新派来的搭档查克（马克·鲁弗洛饰）奉命上岛调查此事，主管医生考利接待了他们并负责协助调查。而泰德此行前来还有一个隐秘的目的：寻找让妻子葬身火海的凶手莱迪斯。调查过程中，越来越多的证据证明了泰德的推断：在这66名有档案的精神病罪犯外，还有一名编号67的人存在，但无论狱警还是医生或者其他病人，对此都矢口否认。
泰德深信这个67号就是杀害他妻子的凶手莱迪斯，而且这里一定有一个天大的阴谋。但他的同伴查克提醒他这可能是政府的秘密试验所，而政府派泰德来，是因为泰德在遭受妻子惨死后遗留精神创伤，是他们最好的实验对象，泰德予以否认，说来这里调查此案是他自己申请的，他怀疑导致自己妻子惨死的凶手就被人藏匿在这个岛上，事情变得扑朔迷离。泰德在调查中偏头疼的症状越来越严重，经常出现幻觉和噩梦，参军时纳粹集中营的惨象不断闪现在他眼前，他发誓不再让纳粹的行径出现在这里。
在山崖一处隐秘的山洞，泰德发现了失踪的女犯人雷切尔，雷切尔告诉他，她本来是这里的精神病医生，政府在这里进行惨无人道的活体实验，她无法接受事实，被其他人设计陷害，被当作“精神病人”看押起来，她才设计逃跑的。雷切尔告诉泰德，想解开这个秘密，就要去灯塔上，因为那里是这一切的根源。泰德强忍着头疼和幻觉，潜到灯塔上，却发现只有一个看守，他打晕看守抢过枪冲上顶楼，却发现岛上的主管医生考利一直在等着他的到来，而灯塔上也没有任何进行人体试验的痕迹和证据，只有一间简陋的办公室。考利向泰德说出了所有事情的原因，而他的搭档查克则解释说自己其实是泰德两年来的首席治疗师希恩，令泰德有如晴天霹雳般震惊。
原来这一切都是泰德的梦，那个神秘的67号病人，泰德一直怀疑的莱迪斯，就是他自己。医生告诉泰德，他的真名叫安德鲁·莱迪斯，他妻子患有精神病在淹死了自己三个孩子后自杀，而他也受到极大的精神创伤，在自我保护的潜意识中，把自己三个孩子忘的一干二净，并创造了一个全新的莱迪斯和那场记忆深刻的火灾，这个被创造出来的“莱迪斯”被他设计成面带刀疤、波斯猫眼、十恶不赦的凶手；他自己则是一个退伍后从警，和妻子恩爱有加的模范丈夫“泰德”，只有在他做梦和出现幻觉的时候，都是他原本的记忆。而这一切行为，都是考利医生为了医治泰德的病症和配合他的意识而制造的一场戏剧，希望他能自己从中解脱出来，考利医生深信这种方法可以治愈大部分精神病人，泰德(莱迪斯)想反击考利医生的“陷害”，却发现自己越来越无力，越来越迷茫。考利医生告诉他，如果他还不能清醒过来，依旧认定自己是好人“泰德”，那将不得不对他进行“道德性措施”，就是杀了他。因为他自从来到这个岛上，几乎伤害了所有的护卫、医生和病人，他自己却一无所知。
其实泰德就是那个67号病人莱迪斯 在他妻子杀了3个孩子之后 他开枪杀死了自己的妻子。而他也受到极大的精神创伤，在自我保护的潜意识中，把自己三个孩子忘的一干二净，并创造了一个全新的莱迪斯和那场记忆深刻的火灾，这个被创造出来的“莱迪斯”被他设计成面带刀疤、波斯猫眼、十恶不赦的凶手；他自己则是一个退伍后从警，和妻子恩爱有加的模范丈夫“泰德”，只有在他做梦和出现幻觉的时候，都是他原本的记忆。而这一切行为，都是考利医生为了医治泰德的病症和配合他的意识而制造的一场戏剧，希望他能自己从中解脱出来。而查克就是他的主治医生希恩。在这场戏之后 莱迪斯终于记起了从前 但是第2天 他和希恩聊天时 却叫希恩“查克” 这时 考利医生已近和其他人准备带他去做手术 目的是为了清除他的记忆。而这时就是全篇最精彩的地方 莱迪斯对希恩说 这里让我不由得去想，人应该怎么做，是像个怪物一样活着，还是做个好人死去 其实这里他已近清醒 只是装作又变成了泰德 这里的怪物就是拥有杀死自己妻子的记忆的怪人 而好人则是去做了手术后没有记忆的好人 或许手术有风险 所以说可能会死去。莱迪斯无法面对这个杀死自己妻子的自己 所以确定宁可清除记忆 也不要这样活在阴影里。为什么呢？从最后希恩叫他 泰迪 而他却只顾着微笑往前走 却没有理会他 就已近说明他清醒了。
莱奥纳多最后正常了,不过他不想接受这个事情,就是他妻子和孩子的事情.他选择继续装神经病,进行外科手术，去除掉自己的记忆，思维，感官，意识，因为康复前的他不愿意去面对，而康复之后的他却无法面对，而他的医生，则是默默的，尊重了他的选择。
