Vértigo: Un thriller psicológico en San Francisco

Después de una persecución en una azotea, donde su miedo a las alturas y el vértigo provocan la muerte de un policía, el detective de San Francisco John 'Scottie' Ferguson se retira. Scottie intenta conquistar su miedo, pero su amiga y ex prometida Midge Wood dice que otro shock emocional severo puede ser la única cura.

Un conocido de la universidad, Gavin Elster, le pide a Scottie que siga a su esposa, Madeleine, alegando que está en algún tipo de peligro. Scottie acepta a regañadientes y sigue a Madeleine a una floristería donde compra un ramo de flores, a la Misión de San Francisco de Asís y a la tumba de una Carlotta Valdés (1831-1857), y al museo de arte de la Legión de Honor, donde contempla El retrato de Carlotta. Él la mira entrar al hotel McKittrick, pero en la investigación no parece estar allí.

Un historiador local explica que Carlotta Valdés se suicidó: había sido la amante de un hombre rico y casado y había dado a luz a su hijo; el hombre, que de otra manera no tendría hijos, mantuvo al niño y echó a un lado a Carlotta. Gavin revela que Carlotta (a quien teme que esté poseyendo a Madeleine) es la bisabuela de Madeleine, aunque Madeleine no tiene conocimiento de esto y no recuerda los lugares que ha visitado. Scottie sigue a Madeleine hasta Fort Point y, cuando salta a la bahía, él la rescata.

Al día siguiente, Scottie sigue a Madeleine; se encuentran y pasan el día juntos. Viajan a Muir Woods y Cypress Point en 17-Mile Drive, donde Madeleine corre hacia el océano. Scottie la agarra y se abrazan. Madeleine relata una pesadilla y Scottie identifica su entorno como Misión San Juan Bautista, hogar de la infancia de Carlotta. Él la lleva allí y expresan su amor mutuo. Madeleine de repente corre hacia la iglesia y sube al campanario. Scottie, detenido en los escalones por su acrofobia, ve a Madeleine hundirse en su muerte.

La muerte se declara suicida. Gavin no culpa a Scottie, pero Scottie se desmorona, se deprime clínicamente y se encuentra en un sanatorio, casi catatónico. Después del lanzamiento, Scottie frecuenta los lugares que Madeleine visitó, a menudo imaginando que la ve. Un día, se da cuenta de una mujer que le recuerda a Madeleine, a pesar de su apariencia diferente. Scottie la sigue y ella se identifica como Judy Barton, de Salina, Kansas.

Un flashback revela que Judy era la persona que Scottie conocía como 'Madeleine Elster'; ella se hacía pasar por la esposa de Gavin como parte de un complot de asesinato. Judy redacta una carta a Scottie explicando su participación: Gavin se había aprovechado deliberadamente de la acrofobia de Scottie para sustituir el cuerpo recién asesinado de su esposa en el aparente 'salto suicida'. Pero Judy rompe la carta y continúa la farsa, porque ama a Scottie.

Comienzan a verse, pero Scottie sigue obsesionada con 'Madeleine' y le pide a Judy que se cambie de ropa y de pelo para que se parezca a Madeleine. Después de que Judy cumple, con la esperanza de que finalmente puedan encontrar la felicidad juntos, se da cuenta de que ella usa el collar retratado en la pintura de Carlotta, y se da cuenta de la verdad, y que Judy había sido la amante de Elster, antes de ser dejada a un lado tal como lo fue Carlotta. Scottie insiste en llevar a Judy a la Misión.

Allí, él le dice que debe volver a representar el evento que lo llevó a su locura, admitiendo que ahora comprende que 'Madeleine' y Judy son la misma persona. Scottie la obliga a subir al campanario y le hace admitir su engaño. Scottie llega a la cima y finalmente conquista su acrofobia. Judy confiesa que Gavin le pagó para hacerse pasar por una Madeleine 'poseída'; Gavin fingió el suicidio arrojando el cuerpo de su esposa desde el campanario.

Judy le ruega a Scottie que la perdone, porque ella lo ama. Él la abraza, pero una figura sombreada se eleva desde la trampilla de la torre, sorprendiendo a Judy, que retrocede y cae a su muerte. Scottie, desconsolado de nuevo, se para en la repisa, mientras la figura, una monja que investigaba el ruido, toca la campana de la misión.