L'histoire est racontée du point de vue des trois personnages féminins : Rachel, Anna et Megan.
Rachel Watson est une femme de 32 ans, qui a sombré dans la dépression et l'alcool depuis son divorce avec Tom. Son ex-mari s'est depuis remis en ménage avec sa maitresse, Anna, et leur fille, dans l'ancienne maison du couple.
Afin d'occuper ses journées et tromper sa colocataire sur la perte de son emploi, Rachel fait l’aller-retour vers Londres quotidiennement, passant près de son ancienne adresse. Elle voit depuis sa fenêtre tous les matins un couple voisin de Tom et Anna, qu'elle a surnommé Jason et Jess et qu'elle imagine comme un couple heureux et sans histoire. Un soir, elle voit « Jess » avec un autre homme, et apprend quelques jours plus tard la disparition de cette femme, de son vrai nom Megan Hipwell. Persuadée qu'elle a vu quelque chose concernant la disparition de Megan pendant une nuit d'ébriété, Rachel va se rapprocher de Scott/« Jason », devant ainsi recroiser à nouveau Tom et Anna.
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