Una compañía de ballet de Nueva York está produciendo El lago de los cisnes y el director Thomas Leroy (Vincent Cassel) decide reemplazar a la bailarina principal Beth MacIntyre (Ryder) con Nina Sayers (Portman). Beth, decepcionada, sufre un accidente y Nina se piensa culpable por su estado.
Nina vive con Erica (Hershey), su autoritaria madre y antigua bailarina que la sigue tratando como a una niña de diez años, y encuentra competencia en Lily (Kunis), una talentosa bailarina recién aceptada en la compañía.
El Lago de los Cisnes requiere una bailarina que pueda interpretar al inocente Cisne Blanco, que le sienta muy bien a la personalidad dulce y temerosa de Nina; y al maligno Cisne Negro, justo para la personalidad sensual y ruda de Lily. El manipulador Leroy duda en darle los dos papeles a Nina a pesar de solicitarselos ya que encuentra que ella es muy rígida y perfecta en sus movimientos e insta bajo un avasallador entrenamiento a que Nina se entregue con naturalidad no dudando en violar su intimidad.
La rivalidad de ambas chicas cambia a una extraña amistad y Nina comienza a explorar el lado oscuro de su persona que sobresale cada vez con más fuerza.
