El investigador privado Tom Welles (Nicolas Cage) vive una vida normal en Harrisburg, Pensilvania, con su esposa (Catherine Keener) e hija y pasa la mayor parte de su tiempo en casos rutinarios de infidelidad. Pero una investigación que involucra un pequeño e inofensivo rollo de película lo lleva por un camino sórdido y espantoso hasta los rincones más oscuros de la sociedad. Desde las aceras del Bulevar Hollywood hasta el distrito de empaques de carne de Nueva York, Welles sigue implacablemente la pista de una evidencia gráfica y perturbadora para descubrir el destino de una desconocida, una niña que comienza a acechar su conciencia. Ayudado en su obsesión por un empleado de una librería para adultos (Joaquin Phoenix), Welles se aleja de su esposa, su familia y su vida, mientras se da cuenta cuán mortal puede ser un rollo de película de ocho milímetros.