Par une nuit d'hiver sur une petite route du Nebraska, Mark Schluter, 27 ans, est victime d'un grave accident de voiture. Sa soeur aînée, Karin, revient dans sa ville natale pour être à son chevet. Mais lorsque Mark sort du coma, il semble ne plus la reconnaître. Karin fait alors appel à Gérald Weber, un célèbre neurologue, spécialiste des troubles singuliers du cerveau. Celui-ci identifie le mal dont souffre Mark : le syndrome de Capgras