精神病院的默奇逊院长即将退休，接手的是年轻有为的爱德华大夫（格利高里·派克 Gregory Peck 饰）。医院里年轻漂亮的女医生彼特森（英格丽·褒曼 Ingrid Bergman 饰）和他相爱，然而竟发现眼前的爱人不是爱德华大夫，而真实的爱德华的秘书，还前来指出这个冒牌人士是杀害爱德华的凶手。　　面对恋人扑朔迷离的身份，彼特森始终不相信他是杀人凶手，然而默奇逊院长却用精神分析法印证了“事实”。更为棘手的是，这个假爱德华也相信自己有罪，他甚至连自己是谁，经历过的事情也不知道。　　彼特森对自己的判断非常坚持，她决定要帮他找出事件真相。在警察的追捕下，她带他逃到了心理分析教授的家中，展开了一联串精彩的心理分析过程，他童年的阴影和爱德华大夫被杀的真相渐渐浮出水面。

剧情从波兰女学生玛莉到巴黎求学开始，她因为跟退休科学家皮埃尔居礼共享一个实验室而日久生情，后来结为夫妇。同时他们继续从事科学实验，多年后发现了“镭”，因而成为世界知名的科学家，但居礼先生却在领奖前因车祸丧生。