幸せな結婚生活を送っていたペイジとレオの夫婦。だがある日、ペイジが交通事故に巻き込まれてしまう。一命はとりとめたが、彼女は夫との記憶を全て失っていた。彼女の記憶が戻らないことを知ったレオは、2人の出会いからやり直すことを決意する。

職を失ったレイチェル・ワトソンはあてもなく電車に乗り続ける日々を送っていた。レイチェルは電車の窓から別れた元夫、トムの新しい生活や近所のヒップウェル夫妻の暮らしぶりをのぞき見ていた。レイチェルにとって、ヒップウェル夫妻は理想の夫婦に見えた。 トムと結婚生活を営んでいた頃、なかなか妊娠できないことへの焦りから、レイチェルは酒浸りになってしまった。過度のアルコールを摂取し続けた結果、レイチェルは自覚のないままに暴れるようになってしまった。さらに酷いことに、レイチェルはトムの上司の家で大暴れしてしまい、トムが解雇されるに至った。 ある日、電車から覗き見を続けるレイチェルは、メガンの不倫現場を目撃した。「ヒップウェル夫妻は完璧な結婚生活を営んでいる」という幻想を打ち砕かれたレイチェルは、メガンに対して並々ならぬ怒りを感じた。酒を浴びるように飲んだ後、レイチェルはメガンを叱責しに向かったが、途中で意識を失ってしまった。数時間後に意識を取り戻したとき、レイチェルは自宅にいた。しかも、身に覚えのない傷を負っていた。そんなレイチェルの元に、ライリー刑事が訪ねてきた。メガンが失踪したのだという。刑事は近所での聞き込み調査から、レイチェルが事件に関与していると疑っていた。一方、レイチェルは電車に乗っていたスーツ姿の男が犯人なのではないかと思い始める。実際、意識を失っている間に彼を見たような記憶が残っていたのだが、レイチェルは全てを思い出すことが出来なかった。