El rostro del ingeniero Okuyama quedó desfigurado por una explosión en un accidente industrial, y lleva vendas para cubrir las quemaduras. Al sentirse aislado y rechazado físicamente por su esposa, consulta a un psiquiatra. Al ver la frustración que experimenta el Sr. Okuyama con su desfiguración facial, el psiquiatra le propone hacer una máscara protésica experimental, aparentemente con gran reticencia.

El psiquiatra y Okuyama ofrecen a un hombre 10.000 yenes para que sirva de modelo para la máscara, y ésta se construye y se coloca en Okuyama. El psiquiatra exige que Okuyama le informe regularmente de sus sensaciones y pensamientos, y le advierte de que la máscara puede cambiar tanto su comportamiento y personalidad que dejará de ser la misma persona. Okuyama no le dice a nadie que ha recibido la máscara, y simplemente vive como un hombre nuevo, diciéndole a su mujer que está de viaje de negocios mientras alquila un apartamento en las cercanías. Prueba la eficacia de la máscara con una secretaria de su empresa, que no le reconoce, y con una chica del barrio con retraso mental, que sí lo hace. Durante un encuentro entre Okuyama y el psiquiatra, éste se da cuenta de que su paciente ya ha cambiado, e imagina un mundo en el que la máscara se produce en masa, eliminando posteriormente todo sentido de la moralidad.

Okuyama decide seducir a su mujer utilizando su nueva identidad. Cuando lo consigue con demasiada facilidad, lleno de rabia, se revela ante ella, que a su vez dice haber conocido su verdadera identidad desde el primer momento. Intenta convencerla de que le dé otra oportunidad a su relación, pero ella lo rechaza. Más tarde, Okuyama intenta violar a una mujer en la calle, afirmando no ser nadie cuando es detenido. Es liberado gracias a su psiquiatra, cuya tarjeta de visita la policía encontró en el bolsillo de Okuyama, testificando que éste es su paciente y que no es violento. Mientras caminan juntos por las calles nocturnas, vemos que todo el mundo en la calle lleva una máscara. Al principio, el psiquiatra le pide a Okuyama que le devuelva la máscara, pero luego le permite quedársela, ya que es un hombre libre. Mientras se dan la mano para despedirse, Okuyama le apuñala hasta la muerte.

A lo largo de la película se intercala una historia aparte (presente en la novela original de Abe en forma de película que el protagonista ve en el cine y que luego cuenta) de una joven cuyo rostro, por lo demás hermoso, sufre una grave desfiguración en la mejilla derecha y en el lado derecho del cuello. Trabaja en un pabellón psiquiátrico, entre cuyos internos hay muchos veteranos de la Segunda Guerra Mundial, y vive con su hermano. Las imágenes de estas secuencias, su repetida preocupación por la llegada de otra guerra y su pregunta a su hermano sobre si aún recuerda el mar de Nagasaki (presumiblemente de su infancia allí), sugieren que sus cicatrices son el resultado del bombardeo atómico de esa ciudad. Al igual que Okuyama, se siente aislada debido a su desfiguración.