退役警探约翰·弗格森（詹姆斯·斯图尔特 James Stewart 饰）的同学加文·埃尔斯特（汤姆·赫尔莫 Tom Helmore 饰）是造船商。他请求约翰跟踪自己的妻子，并称妻子经常被鬼魂附身。随后，约翰按照加文的指示，在厄尼餐厅见到了一位美丽的女人（金姆·诺瓦克 Kim Novak 饰）。经过跟踪，约翰发现女人确有不同寻常的行为：开车出门，去花店买花，去墓园在卡洛塔·巴尔德斯的碑前驻足，去荣勋宫博物馆凝视卡洛塔画像，最后进入麦基屈克旅馆并出现在二楼的一扇窗前。约翰随即进入旅馆调查，发现女人登记名为卡洛塔·巴尔德斯，但其房中无人。卡洛塔·巴尔德斯究竟是何方神圣，鬼魂真的能附身活人吗？

摄影师杰弗里斯（詹姆斯·斯图尔特 饰）因站在赛车道中间拍摄，断了左腿，只得在家静养七周。除了保险公司的护士斯特拉（西尔玛·里特 饰）和女友丽莎·卡罗尔·弗里蒙特（格雷斯·凯利 饰）每日前来照料，百无聊赖的杰弗里斯只能在窗前闲看邻居们的日常生活以打发时间。对面公寓的二楼住着人造珠宝推销员拉尔斯·托瓦尔德（雷蒙德·伯尔 饰）及妻子安娜（艾琳·温斯顿 饰），夫妻之间争吵不断。一个雨夜，杰弗里斯看到拉尔斯提着箱子外出数次。次日，杰弗里斯又看到拉尔斯用报纸包裹一把锯和一把刀。杰弗里斯起了疑心，他怀疑拉尔斯杀害了安娜并分尸抛弃。然而，杰弗里斯并未目击案发过程，也未见到尸体。那么真相究竟如何呢？杰弗里斯的推测只是他的臆想吗？为了证实他的推测，杰弗里斯要如何寻找证据呢？

小镇沉闷的空气令受过高等教育的Charlie（Teresa Wright）十分压抑，她渴望在外谋大事、自己喜爱和崇敬的Uncle Charlie（Joseph Cotten）能突然出现，为自己的生活注入一缕新风。Charlie欲发电报邀请舅舅来做客时，竟先收到他发来的要来的报文，惊喜之外，她对舅舅的爱又加深一层。
Uncle Charlie的到来令Charlie及父母非常兴奋，但酷爱读书的妹妹无动于衷。不久Charlie如沐春风变作无忧无虑的少女。两个自称报社记者的陌生人有心将Charlie一家当作典型美国家庭采访，Uncle Charlie为此事大发雷霆相当失态，令Charlie和母亲大为不解。而同其中之一Herbie Hawkins（Hume Cronyn）交谈中，Charlie震惊地听闻有关舅舅的骇人秘密。

　　歌剧院里，杂耍表演结束的舞台上，报幕员走上舞台，隆重介绍“记忆先生”梅里克（怀特·沃森 饰）。借惊人的记忆，梅里克回答着观众各种刁钻古怪的问题。嘈杂的人群中，加拿大男人理查德·汉纳（罗伯特·多纳特 饰）提问了一个有关加拿大地理方面的问题，“记忆先生”准确地给出答案。枪声！两声枪响，让原本嘈杂不堪的歌剧院顿时陷入混乱。人群涌向出口，一个陌生而漂亮的女子紧跟着汉纳，在拥挤的人群中挤出歌剧院，随汉纳来到他租住的布兰特公寓。 　　女子（露西·曼娜海姆 饰）自称施密斯小姐，受雇于英国间谍机构，因保护英国空军防空机密而遭到陌生人的追踪。施密斯的任务是前往苏格兰，与一个右手小拇指缺一截的男人接头。男人是秘密间谍组织“三十九级台阶”的负责人。透过窗帘，汉纳确实看到窗外的墙根下站着两个神秘的男子。入夜，施密斯小姐突然闯进汉纳的房间，丢下一句“快走！下一个将是你”后，倒地死去，背后插着一把尖刀。 　　施密斯小姐的死，让汉纳感到恐惧，接着又觉得疑惑。怀着恐惧而疑惑的心情，汉纳逃出旅馆，搭上火车，前往苏格兰。火车上，汉纳从报纸上看到警察已经发现了施密斯小姐的尸体，自己却成了凶杀犯正被警方通缉。陌生女人帕梅拉（玛德琳·卡罗尔 饰）的告密，让警察闻讯而至。汉纳机智的甩开警察的追捕，跳下火车，来到苏格兰的一处农庄。 　　警察尾随而来。贪财的农夫将汉纳出卖给警察，好心的农妇却给了汉纳一条生路。翻山、越岭、涉水、斩棘，汉纳依然遭到警察的追捕。此时，汉纳按照施密斯临死前留下一张地图，找到乔纳教授的山庄。适逢酒神节。乔纳巧妙地支走警察，露出“庐山真面”。汉纳发现，乔纳竟然就是施密斯说的那个小拇指缺一截的接头人，而施密斯的真名叫安娜·贝拉。 　　接下来发生的事情更加扑朔迷离，汉纳的处境也越来越危险。当汉纳从扑朔迷离中发现空军机密与“三十九级台阶”秘密间谍组织有关时，已经是在回到伦敦后的歌剧院。“记忆先生”的回答，提醒了汉纳。原来，间谍组织是想利用“记忆先生”惊人的记忆，将空军机密带出英国。真相在最后一刻揭露，清白在最后一刻洗清，乔纳教授在最后一刻现形，“记忆先生”却在最后一刻用生命保护了国防机密。