En una habitación de hotel, la Chica Perdida, una joven prostituta, llora tras un desagradable encuentro con un cliente mientras ve un programa de televisión sobre una familia de conejos antropomórficos surrealistas que hablan con enunciados y preguntas crípticas.

Mientras tanto, en Los Ángeles la actriz Nikki Grace hace una prueba para el papel principal de la película "On High in Blue Tomorrows". En su mansión, recibe la visita de una vecina, que le pregunta por la película y le cuenta "un viejo cuento": un niño pasó por la puerta del mundo, provocando un reflejo que dio origen al mal que le perseguía. Luego cuenta "la variación": una niña se perdió en el mercado "como si hubiera nacido a medias", mientras que el callejón detrás del mercado era el camino hacia el palacio. La mujer está segura de que Nikki conseguirá el papel, e insiste, a pesar de que Nikki afirma lo contrario, en que la trama implica un asesinato. Al día siguiente, Nikki celebra haber ganado el papel mientras su marido polaco Piotrek la observa.

Durante el primer ensayo en el que participan Nikki y el actor principal de la película, Devon, los actores se ven interrumpidos por un disturbio en el plató. Devon investiga, pero no encuentra nada. Sacudido por el suceso, el director Kingsley Stewart confiesa que están rodando un remake de una película alemana titulada 47, basada en un cuento popular polaco. La producción se abandonó después de que los dos protagonistas fueran asesinados, lo que creó rumores de que la película estaba maldita.

Tras rodar las primeras escenas románticas entre sus respectivos personajes, Sue y Billy, Nikki y Devon comienzan un romance, a pesar de las protestas anteriores de que su relación sería estrictamente profesional y a pesar de que Piotrek advierte a Devon de las "oscuras consecuencias" de sus "malas acciones". Nikki empieza a tener dificultades para distinguir entre la vida real y las escenas de la película. Al entrar en una puerta marcada como "Axxon N." en un callejón, se encuentra a sí misma caminando hacia el set y causando el disturbio durante el primer ensayo semanas antes. Nikki huye y entra en un atrezzo, que se convierte en una casa real. Dentro de la casa, Nikki ve a su marido irse a la cama. Se esconde de él en un armario, donde se encuentra con un grupo de prostitutas.

En este punto, varias líneas argumentales y escenas comienzan a entrelazarse y complementarse, sin que el orden cronológico y la distinción entre los personajes estén claros. Algunas escenas la muestran uniéndose a las prostitutas (de hoy en día), mientras que otras muestran a prostitutas y proxenetas en una invernal Łódź de los años 30. También se muestra que vive un matrimonio problemático con su pobre marido "Smithy". En otra serie de escenas, Nikki/Sue habla con un policía en una habitación situada encima de un club nocturno. Le cuenta cómo sufrió abusos sexuales en su infancia y cómo su marido se unió a un circo ambulante de Polonia como guardabosques. También habla del Fantasma, un hipnotizador que trabajó en el circo y luego desapareció.

En una escena, Sue se enfrenta a Billy delante de su familia y le profesa su amor. La esposa de Billy, Doris, la despide y la abofetea. Ahora se revela que Doris era la mujer que antes le dijo a un policía que había sido hipnotizada para matar a alguien y que encontró un destornillador clavado en su propio estómago. Doris recuerda que el Fantasma la hipnotizó para matar a Sue.

Sintiéndose acosada por el Fantasma, Nikki/Sue se arma con un destornillador. Caminando por Hollywood Boulevard se da cuenta de su doppelgänger y de Doris y se encuentra con el policía encima del club nocturno. Fuera, Doris la apuñala con su propio destornillador. Nikki/Sue se desploma en una parada de autobús junto a dos indigentes. Una de ellas cuenta todo tipo de historias extrañas sobre su amigo Niko, mientras la otra sostiene un mechero frente a la cara de Sue hasta que ésta muere. Kingsley grita "¡Corten!" y la cámara retrocede para mostrar que esto ha sido simplemente una escena de película.

Kingsley informa a Nikki de que sus escenas para la película están terminadas. Aturdida, Nikki se aleja del plató y entra en un cine cercano, donde no sólo ve On High in Blue Tomorrows, sino los acontecimientos que están ocurriendo en tiempo real. Sigue a un hombre en el piso de arriba y entra en un apartamento marcado como "Axxón N". Enfrentada al Fantasma, Nikki le dispara. El Fantasma se transforma en una figura grotesca antes de morir. Nikki huye a la habitación 47, donde se encuentran los conejos de la televisión -aunque no los ve- y luego se encuentra con la Niña Perdida. La Niña Perdida escapa del hotel y entra en la casa de Smithy, donde abraza felizmente a su marido y a su hijo. Nikki vuelve a su mansión.

La película termina con una celebración en la que participan la troupe de prostitutas, la mujer con una sola pierna mencionada anteriormente, Niko y su mono mascota y otros. Las mujeres bailan al ritmo de "Sinner Man" de Nina Simone, mientras un leñador sierra un tronco al compás.