Il film racconta di Rachel Watson (Emily Blunt) una donna alcolizzata che condivide l’appartamento con l’amica Cathy (Laura Prepon), a seguito del sofferto divorzio. L’ex marito Tom (Justin Theroux), infatti, l’ha lasciata per l’amante Anna (Rebecca Ferguson), che l’ha reso padre della piccola Evie. La frustrazione di Rachel è amplificata dalla dipendenza e dalle accuse di Tom, che le attribuisce la colpa del licenziamento. Fingendo di recarsi al lavoro per non insospettire la coinquilina, Rachel prende ogni giorno il treno e fantastica sull’emblema della coppia perfetta, incarnata da Scott (Luke Evans) e Megan (Haley Bennett). Quest’ultima, tuttavia, scompare a poche ore dall’ultimo avvistamento di Rachel, che l’ha osservata in compagnia di un misterioso uomo. La donna è decisa ad indagare e contatta Scott, fingendosi amica di sua moglie. Rintraccia poi, l’amante di Megan, lo psicologo Abdic Kamal (Edgar Ramirez), il suo indiziato numero uno. Quando Rachel crede di essere giunta alla soluzione dell’enigma, un uomo la avvicina sul treno e le rivela che, nel giorno della scomparsa di Megan, l’ha trovata svenuta sotto ad un tunnel, dopo averla sentita inveire contro una donna.