Tras descubrir el cuerpo de su esposa Alison (Amy Irving) en una bañera después de su aparente suicidio, el Dr. David Callaway (Robert De Niro), un psicólogo, decide mudarse con su hija Emily (Dakota Fanning), de 9 años, al norte del estado de Nueva York. Allí, Emily hace un amigo imaginario al que llama "Charlie". Su amistad con Charlie empieza a perturbar a David cuando descubre a su gato muerto en la bañera, que según Emily fue víctima de "Charlie". David tiene pesadillas sobre la fiesta de Nochevieja que tuvo lugar la noche anterior a la muerte de Alison.

Cuando una amiga de la familia, la Dra. Katherine Carson (Famke Janssen), viene a visitar a David, Emily le revela que ella y Charlie tienen un deseo mutuo de molestar a su padre. David conoce a Elizabeth Young (Elisabeth Shue), una mujer de la zona, y a su sobrina, Amy, que tiene la misma edad que Emily. Con la esperanza de cultivar una sana amistad para Emily, David organiza una cita para jugar. Amy está ansiosa por hacerse amiga y le regala una de sus muñecas a Emily, pero la cita de juego se estropea cuando Emily corta la cara de la muñeca de Amy. Emily le dice a David que no necesita ningún amigo.

David invita a Elizabeth a cenar una noche, en la que Emily se muestra hostil con ella. Más tarde, Elizabeth intenta hacer las paces con Emily. Cuando Emily le dice que está jugando al escondite con Charlie, Elizabeth la complace fingiendo que busca a Charlie. Cuando abre el armario, alguien irrumpe y la empuja por la ventana hacia la muerte.

David le pregunta a Emily qué ha pasado. Emily afirma que Charlie mató a Elizabeth y obligó a Emily a ayudarle a trasladar el cuerpo. Ella le dice a David la ubicación del cuerpo. David descubre a Elizabeth en la bañera llena de sangre (similar a como murió Alison). Armado con un cuchillo, sale al exterior, donde se encuentra con su vecino y asume que éste es Charlie. Corta al vecino y éste llama a la policía.

De vuelta a la casa, David descubre que, aunque ha estado muchas veces en su estudio, en realidad las cajas nunca fueron desempacadas después de la mudanza. Se da cuenta de que tiene un trastorno de identidad disociativo y que Charlie no es imaginario en absoluto: "Charlie" es el propio David. Cada vez que "Charlie" aparecía, David estaba en su estudio. También recuerda por fin la fiesta de Nochevieja de la noche anterior a la muerte de su mujer. Había sorprendido a Alison besándose con otro invitado. "Charlie" fue creado como una forma de expresar la rabia de David para poder asesinar a su esposa, algo que el dócil David era demasiado decente para hacer. Emily supo todo el tiempo sobre la doble personalidad de su padre, pero no se lo dijo porque no estaba segura de qué personalidad había asesinado a su madre hasta que "Charlie" mató a Elizabeth.

Una vez que David se da cuenta de la verdad, se ve completamente consumido por Charlie, lo que le lleva a asesinar al sheriff local, que llega para investigar al vecino. Emily pide ayuda a Katherine, engaña a Charlie y escapa a la cueva donde conoció a Charlie. Katherine toma el arma del sheriff muerto y encuentra a Charlie en la cueva. Éste se hace pasar por David y ataca a Katherine. Katherine le ruega a David que luche contra su otra personalidad asesina. Charlie dice que David ya no existe. Emily emerge, rogando a Charlie que deje ir a Katherine. Su distracción permite a Katherine disparar a Charlie, matándolo finalmente.

Más tarde, Emily se prepara para la escuela en su nueva vida con Katherine. Pero el dibujo de Emily de sí misma con dos cabezas sugiere que también podría tener un trastorno de identidad disociativo.