ペンシルベニア、タスカローラ研究所の科学者トム・グルンマンが消息を絶って数か月。ニューヨーク市警の刑事トラスクを中心にグルンマン夫人ホリー、グルンマンの親友で警官のジョン・クルート（ドナルド・サザーランド）、グルンマンが勤務している工場の重役ケーブル（チャールズ・チオッフィ）が集まり、グルンマン捜索の対策を講じたが、手掛かりはただ一つ、グルンマンがニューヨークにいるコールガールに宛てた猥褻な内容の手紙だけだった。偶然、トラスクが売春容疑で逮捕した売れっ子のコールガール、ブリー・ダニエルス（ジェーン・フォンダ）への尋問に期待を抱いたが、彼女は最近になって起こった気味の悪い事件への不安を訴えるばかりであった。重役のケーブルに雇われ、秘密の捜査を依頼されたクルートはニューヨークに飛び、ブリーに捜査の協力を求めたが、警察に逮捕された怨みをもつ彼女は冷たく追いかえした。クルートはブリーと同じアパートの1室を借り、ブリーの部屋に盗聴装置を施し、ブリーを監視した。舞台女優志願のブリーのベッドはさすがの演技ぶりで、客の垂涎をさそうものであった。商売から戻ったブリーと捕まえたクルートが、自分の部屋に招き入れ盗聴装置を示すと、ブリーは激しく怒り、クルートを責めたてたが、ひるまぬクルートの厳しい質問攻めに、やがてブリーは、自分の受け取った猥褻な手紙の主は、マゾヒスティックな客ダンバーかもしれないと打ち明けた。さらに問い詰めようとした時、クルートは人の気配を感じ、瞬間身を翻して屋上へ駆け登ったが、見失ってしまった。恐怖にかられたブリーは、ダンバーを仲介したのは昔の情人フランク・リグラン（ロイ・Ｒ・シュナイダー）だと告げた。しかし、リグランにダンバーを紹介したのはジェーン・マッケンナという娼婦で、すでに自殺していた。その夜、失意のクルートにブリーの心は大きく動き、巧みな誘惑でクルートを官能の世界に包みこんだ。翌日、クルートはリグランの女アーリン・ページ（ドロシー・トリスタン）と情人バーガーを訪ね、グルンマンとダンバーが別人であることを聞き出し、ケーブルに報告すると、ケーブルは捜査打ち切りを命じた。捜査の継続を主張するクルートは、そのあと、曳き舟にのせられたアーリンの水死体を見た。ショックを受けたブリーはクルートにすがり、クルートもしだいにブリーを愛しはじめていた。グルンマンとダンバーの相関に目を向けたクルートは、グルンマンを取りまく人たちからの手紙を集め、タイプライターの活字をブリー宛の手紙と照合した。驚くことに、ケーブルのタイプライターの活字と合致したのだ。しかし決定的な証拠のないクルートがケーブルに鎌をかけると、ケーブルは慌てて旅立った。アパートへ戻るとリグランがブリーを連れ去ろうとしていた。リブランを叩き出したクルートに、ブリーは衝動的にハサミで切りつけた。クルートに去られたブリーは精神分析医（ヴィヴィアン・ネイザン）を訪ねたが不在のため、ゴールドファーブの裁縫工場におもむき、孤独にさいなまれながらも約束の電話を待っていた。一方、クルートはトラスク刑事の連絡で、ケーブルの市内潜伏を知り、殺人鬼ケーブルの確信を深めたが、次の犠牲者がブリーだと気づくと、懸命に彼女を捜し求めた。電話を待つブリーの前に一瞬黒い影が踊り出た。ケーブルであった。ケーブルは殺人鬼になり果てたわけを綿々とブリーに告白し、彼女の涙を誘ったが、ケーブルは突然豹変し、彼女に迫った。その時、クルートが飛びこんできた。窮地に追いこまれたケーブルは、瞬間窓から身を投げた