Los Angeles, marzo 1928

 un piacevole sabato mattina in un quartiere popolare alla periferia della città; una madre nubile, Christine Collins (Angelina Jolie), saluta il figlioletto Walter di nove anni e si incammina verso la società telefonica dove lavora come centralinista.

Rientrata nella modesta abitazione dove vive con il figlio, appura la sua scomparsa. Le lunghe ed estenuanti ricerche di Walter, che sembra sparito senza aver lasciato traccia, non portano a nulla, finché, cinque mesi dopo, un bambino che afferma di essere Walter viene riconsegnato alla polizia che non vede l’ora di sfruttare l’ondata di popolarità che seguirà al ricongiungimento della madre col figlio.

Stordita dalla confusione di poliziotti, reporter e fotografi e sopraffatta da un insieme di emozioni contrastanti, e soprattutto per assecondare i poliziotti responsabili del ritrovamento, Christine accetta di riprendersi il ragazzo pur sapendo che quel bambino non ha nulla a che fare con il suo Walter.

Nei vari tentativi per convincere la polizia a riprendere le ricerche del figlio, Christine si rende conto che, nella Los Angeles dell’era del Proibizionismo, le donne non sfidano il sistema e si limitano a raccontare la loro storia. E la polizia ha una soluzione semplice per liberarsi di chi racconta una storia scomoda: il manicomio. Tacciata di paranoia e infermità mentale, trova un alleato nel reverendo Gustav Briegleb (John Malkovich), attivista della comunità presbiteriana locale, che la aiuta a trovare risposte alla scomparsa del figlio.

Ma un fatto improvviso scuote tutti. Un investigatore per minori rintraccia un ragazzo in un ranch abbandonato, il quale gli confessa che lui insieme a suo zio hanno ucciso venti bambini senza motivo, tra i quali figura Walter. Gustav fa liberare Christine, ma la notizia che suo figlio è stato ucciso la turba tremendamente. Christine intenta causa alla polizia, ed un famosissimo avvocato accetta di difenderla gratis, riuscendo a farla vincere. Così il capo della polizia e l'investigatore che hanno riportato il figlio sbagliato vengono sospesi per sempre e tutte le donne del manicomio messe precedentemente a tacere liberate. Christine assiste anche al processo di Gordon Northcott, l'assassino di suo figlio, che però si proclama innocente. Il processo si conclude con la condanna a morte per impiccagione di Northcott. Due anni dopo, pochi giorni prima della sua esecuzione, Northcott invia un telegramma a Christine chiedendole di vederla, per confessarle l'omicidio di Walter. Al colloquio in carcere però, si rifiuta ancora una volta di ammettere l'omicidio del figlio di Christine.

Cinque anni più tardi viene ritrovato vivo David Clay, uno dei bambini catturati da Northcott e creduto morto. David racconta che lui ed altri tre bambini, tra i quali Walter, sono riusciti a fuggire dal ranch, ma si sono separati subito dopo la fuga, per cui non conosce la sorte degli altri tre bambini fuggiti. Racconta inoltre di essere riuscito a scappare grazie al fatto che Walter lo ha aiutato in un momento di difficoltà durante la fuga. Il racconto di David infonde in Christine la speranza di trovare Walter ancora vivo e per questo lei continuerà a cercarlo per il resto della sua vita.