A través de su hermanastra Claire Clairmont, Mary Godwin y su futuro marido Percy Shelley conocen a Lord Byron. Durante el verano de 1816, Lord Byron les invita a pasar una temporada en Villa Diodati, en Suiza. Allí conocen al médico amigo de Byron, el Dr. John Polidori. El 16 de junio, mientras una tormenta hace estragos en el exterior, los cinco se divierten jugando al escondite. Más tarde, en un salón, Percy proclama su fascinación por la ciencia; Polidori le habla de su interés por el sonambulismo y las pesadillas. Lord Byron muestra a sus invitados Phantasmagoria, un libro de relatos de terror que compró en una tienda de Ginebra, y los tres leen alternativamente extractos. Esto les inspira a celebrar una sesión de espiritismo en torno a un cráneo humano, durante la cual Claire tiene un aparente ataque. Mary los describe como los "horrores" de Claire, y recuerda casos de su infancia en los que se producían fenómenos inexplicables durante ellos, como que la cama de Claire temblaba inexplicablemente y que las puertas se cerraban solas. Polidori lleva a Claire al piso de arriba para que descanse.

Durante la noche, Mary es testigo de una sombría aparición fuera de la ventana que ella y Claire comparten. Creyendo que Mary se ha asustado por un portazo en el granero, Percy va a cerrarlo. Mientras investiga el granero, se ve sorprendido por una criatura grotesca. Mary habla con Lord Byron en la sala de billar, confrontándolo sobre sus intenciones con Claire, y le revela que Claire está embarazada de su hijo. Él le sugiere que aborte y ambos discuten, lo que da lugar a un enfrentamiento físico.

Más tarde, Lord Byron le practica sexo oral a Claire, durante el cual ésta sufre un aborto. Mientras tanto, Mary consuela a Percy, que se ha vuelto cada vez más paranoico y dice oler un olor a podrido. Desde el fondo de la escalera, Mary oye un ruido y siente un líquido que gotea sobre ella. Cuando mira hacia arriba, ve a Polidori inclinado sobre la barandilla, agarrándose una herida sangrante en el cuello. Una vez controlada la hemorragia, afirma haber sido mordido por un vampiro en su habitación. Byron le acusa de haberse autoinfligido las heridas, mientras que Percy y Mary le creen. Percy delira que el grupo ha dado a luz colectivamente a algo durante la sesión de espiritismo, manifestando sus peores temores, mientras que Polidori teme la condena por su homosexualidad. Intenta envenenarse hasta la muerte con cianuro, pero Byron lo detiene.

Claire desaparece de su habitación y es descubierta por Percy; éste observa horrorizado cómo sus pechos se transforman en ojos; Mary intenta huir de la casa y, sin querer, se estrella contra una puerta de cristal. Percy deduce que la presencia que les persigue se alimenta del miedo del grupo. Durante un intento fallido de ahorcarse en el granero, Polidori es testigo de una figura que huye a caballo. Percy y Byron intentan recrear la sesión de espiritismo para desterrar su creación. Byron y Percy, ambos ateos, creen que debe ser devuelto a los recovecos de sus mentes, mientras que Mary cuestiona los sucesos metafísicos y sobrenaturales que les acechan.

En el sótano, los tres descubren a Claire desnuda y cubierta de barro. Byron intenta celebrar la sesión de espiritismo allí, pero Mary se niega. Durante el evento, Mary aplasta el cráneo e intenta apuñalar a Byron con un fragmento. Percy la detiene y comienza a besar a Byron apasionadamente. Mientras huye por la casa, Mary es testigo de una aparición de su hijo, William, en un ataúd, seguida de una visión de ella sufriendo un aborto. En la locura, intenta arrojarse por un balcón, pero es detenida por Percy. Mary despierta a la mañana siguiente y se reúne con Byron, Percy y Claire en el jardín.

En la época contemporánea, los turistas visitan la Villa. Una voz en off informa de que el hijo de Mary, William, murió tres años después de esa noche, en junio de 1816, seguido por el ahogamiento de Percy en 1822; Byron moriría dos años después de Percy, y Polidori se suicidó en Londres. De la experiencia previa de aborto de Mary surgió el deseo de resucitar a su hijo de entre los muertos, lo que la llevó a escribir Frankenstein. De la homosexualidad de Polidori, sus pensamientos suicidas y su fascinación por los vampiros surgió el relato "El vampiro".