Academy Award genomineerde Amy Adams en Jake Gyllenhaal spelen een gescheiden echtpaar dat duistere ontdekkingen doet over elkaar. Amy Adams speelt Susan Morrow, een kunsthandelaar uit Los Angeles die een luxueus maar onbevredigend leven leidt samen met haar man Hutton Morrow (Armie Hammer). Als Hutton weer eens een weekend weg is op een van zijn vele zakenreisjes, ontvangt Susan een anoniem pakje dat in haar brievenbus is achtergelaten. Het is een boek genaamd `Nocturnal Animals`, geschreven door haar ex-man Edward Sheffield (Jake Gyllenhaal), met wie ze al jaren geen contact meer heeft gehad. Bij het manuscript zit een briefje waarin Edward Susan vraagt het boek te lezen en om vervolgens contact met hem op te nemen als hij weer in de stad is. In haar eentje in bed begint Susan de roman te lezen. Het boek is aan haar opgedragen…