En 1954, l'officier Teddy Daniels et son coéquipier Chuck Aule sont envoyés enquêter sur l'île de Shutter Island, dans un hôpital psychiatrique où sont internés de dangereux criminels. L'une des patientes, Rachel Solando, a inexplicablement disparu...
Une ex-détenue et sa jeune compagne rencontrée en prison décident de s'installer dans une cabane isolée. Sous l'œil d'un agent de libération conditionnelle, elles tentent de réapprendre à vivre en plein cœur de la forêt...