Arthur Brennan, un profesor de física adjunto, viaja a Aokigahara ("El bosque de los suicidas") con un paquete sellado. Una vez allí, intenta acabar con su vida mediante una sobredosis de drogas, pero se encuentra con un japonés llamado Takumi Nakamura. Takumi entró en el bosque dos días antes y se cortó las venas por haber sido degradado en el trabajo, pero pronto se dio cuenta de que echaría de menos a su mujer y a su hija. Desde entonces, ha intentado escapar del denso mar de árboles pero no encuentra el camino de vuelta. Arthur decide ayudarle, pero los dos acaban desorientados y perdidos. Para mantener sus mentes ocupadas, comparten detalles sobre sus vidas, incluyendo los nombres de la esposa y la hija de Takumi: "Kiiro" y "Fuyu".

A través de flashbacks, se revela que Arthur vivía en un matrimonio que se desmoronaba junto a su esposa Joan, una agente inmobiliaria. Joan estaba resentida con Arthur por su aventura con Gabriella, su compañera de trabajo, y por anteponer siempre sus necesidades a las suyas. Arthur despreciaba el alcoholismo de Joan y su constante necesidad de rebajarle por ganar menos dinero que ella. Una noche, Joan sufre una fuerte hemorragia nasal tras una fuerte discusión. Acuden al hospital, donde le diagnostican un tumor cerebral. Joan y Arthur reavivan poco a poco su amor mutuo. Tras la operación, recuerdan los viajes a su casa del lago, donde Joan pasaba horas paseando entre las orquídeas. Él dice que la llevará allí cuando esté totalmente recuperada.

Joan es trasladada a un hospital de recuperación. Arthur sigue a la ambulancia en su coche mientras habla con ella por teléfono. Bromea sobre el hecho de no saber cuál es su color o estación favorita. Antes de que Joan pueda responder, un camión choca contra la ambulancia y la mata. En su funeral, Arthur le dice al director de la funeraria que no la conocía realmente, incluso después de haber estado casados durante años. El director le responde que escuchó a una de las hermanas de Joan decir que había enviado por correo un ejemplar del libro favorito de Joan a la casa de Arthur.

De vuelta al presente, Arthur y Takumi luchan por escapar del bosque. Sobreviven a las caídas, a una inundación repentina, a la deshidratación y a la hipotermia en el transcurso de una sola noche. Por el camino, se encuentran con los cadáveres de otras personas que lograron acabar con sus vidas. Se refugian en una tienda de campaña con un cadáver que llevaba provisiones de emergencia. Sentado junto a una hoguera, Arthur le dice a Takumi que está en el bosque debido a su sentimiento de culpa por cómo se trataron él y Joan.

A la mañana siguiente, Arthur deja a un Takumi enfermo junto a la tienda para que intente buscar ayuda. Le promete a Takumi que volverá a por él. Arthur utiliza el walkie-talkie del campista fallecido y se pone en contacto con los guardas del parque. Intenta ayudar, pero está demasiado débil para informarles de que Takumi sigue en el bosque.

12 días después, Arthur es evaluado por un psiquiatra del hospital antes de ser dado de alta. Sus planes son volver al bosque y encontrar a Takumi; el psiquiatra le informa de que los guardabosques han encontrado la tienda de la que hablaba pero no han encontrado a nadie allí. También afirma que no hay nadie con el nombre de Takumi Nakamura que tenga una esposa y una hija con los nombres mencionados de Takumi, y que la cámara de la entrada del parque sólo muestra a Arthur entrando en el bosque.

Arthur vuelve al bosque y encuentra el paquete sin abrir que dejó cuando encontró a Takumi por primera vez. Arthur localiza la tienda de campaña y el abrigo que utilizó para cubrir a Takumi para calentarse, pero encuentra una hermosa orquídea en el lugar de Takumi. Recuerda que Takumi describió el bosque como una forma de purgatorio, donde los espíritus de tus seres queridos están más cerca durante tus momentos más oscuros. Abre el paquete que contiene el libro favorito de Joan: un ejemplar de Hansel y Gretel. Arthur se da cuenta de que Takumi era el espíritu de Joan y que le está ayudando a curar su culpa.

Arthur regresa a Estados Unidos y se lleva la orquídea con él. Durante las horas de oficina, el estudiante de Arthur, Eric, le revela que los nombres de la mujer y la hija de Takumi no son nombres sino palabras que significan "amarillo" e "invierno". Arthur recuerda la última conversación que tuvo con su mujer sobre su color y estación favoritos. Viaja a la casa del lago y planta la orquídea en el jardín de Joan.