Alice Alquist, una celebre cantante lirica inglese acclamata in tutto il mondo, viene assassinata nella sua casa di Thornton Square n.9, a Londra, durante la notte. L'aggressore, che intendeva derubarla dei suoi gioielli, è fuggito senza il bottino, allarmato dopo aver udito i passi di una persona scendere le scale. Era la nipote Paula - una quattordicenne orfana del padre e della madre, sorella dell'artista - che scopre il cadavere della zia. Il delitto rimane insoluto.

Per aiutarla a dimenticare il trauma di quella notte, Paula è mandata in Italia, dove studia canto per diventare, come Alice, una cantante d'opera. Per anni studia con lo stesso insegnante della zia, e conosce il pianista Gregory Anton, più grande di lei, e se ne innamora. Dopo aver annunciato al vecchio maestro di voler rinunciare al canto, non sentendo dentro di sé il talento che animava la zia, Paula celebra il matrimonio: nella breve luna di miele sul lago di Como Gregory convince la giovane moglie a tornare a vivere a Londra, nella casa in cui viveva con la zia, affinché Paula possa esorcizzare la sua fragilità e le sue angosce. 

Giunti nella piazza di Londra, entrano nella casa, chiusa fin dalla notte dell'omicidio. In salotto, Paula ritrova gli oggetti collezionati dalla zia nella sua carriera e anche una lettera, indirizzata ad Alice, scritta da un certo Sergius Bauer, datata solo due giorni prima dell'omicidio. La reazione di Gregory durante la lettura della missiva di Paula è violenta e inattesa: il marito gliela toglie dalle mani, ma l'uomo si ricompone in fretta, adducendo che la sua lettura la stava ripiombando nel dolore, troppe volte riemerso. Le suggerisce di relegare tutti i mobili e gli oggetti della zia in soffitta per scacciare i brutti ricordi. Paula accetta, ma replica che vuole rimuovere la sua morte violenta, non il tenero ricordo della parente.

Secondo il volere di Gregory, la coppia non riceve visite a casa, e i due escono di rado. Un giorno fanno una visita alla Torre di Londra, dove Paula perde una spilla regalatale dal marito, che gliel'aveva messa nella borsa. Avvengono dei fatti strani: un quadro sparisce spesso dal salotto, ma viene sempre ritrovato nascosto in un'altra parte della casa. Gregory insinua che sia Paula la responsabile di queste sottrazioni, ma lei non ricorda di aver mai compiuto tali azioni. A un concerto, al quale Paula non vuole mancare, imponendosi per una volta sulla contrarietà del marito, l'uomo trova il suo orologio nella borsetta di Paula. Rimproverata dallo sguardo pieno di condanna del marito, la donna fugge via isterica: Gregory le proibisce allora di uscire di casa. Il turbamento di Paula è accresciuto da altri eventi: la donna, ormai reclusa in casa, comincia a sentire dei passi in soffitta, mentre la luce delle lampade a gas si affievolisce. Il marito le dice che queste cose esistono solo nella sua immaginazione.

La giovane cameriera di casa Alquist, Nancy, peggiora la situazione: quando si presenta davanti alla padrona di casa, il suo volto manifesta sempre un senso di disprezzo verso di lei, ed ella si convince che Nancy la detesti. In realtà, è Gregory a tradirla con la giovane, accusando la moglie di essere una paranoica che si sta inventando tutto. Il marito sta isolando Paula dal mondo esterno, asserendo di farlo per il suo bene: le spiega che è diventata una cleptomane, che ruba le sue cose a causa dei suoi nervi logorati. E soggiunge che stia diventando pazza come sua madre.

La povera Paula non sa che Gregory è Sergius Bauer, l'assassino della zia. Il suo piano diabolico è quello di farla interdire come malata di mente e, una volta ottenuta la sua custodia in manicomio, cercare i gioielli della zia. Fin dall'inizio, il suo obiettivo era tornare nella casa del delitto per cercare indisturbato le cose possedute dalla cantante d'opera: cosa che lui fa già ogni sera, uscendo di casa, girando l'angolo e raggiungendo la soffitta, e cercando ma non trovando i gioielli regalati dallo zar di Russia alla cantante. Sono i passi di Gregory/Sergius che Paula sente; così pure, ella vede smorzarsi la luce quando il marito l'accende nell'attico.

Sennonché Brian Cameron, un ispettore di Scotland Yard conosciuto da Paula a un concerto, e che da bambino aveva incontrato al teatro Alice Alquist, comincia ad accorgersi delle stranezze che accadono nella casa. Brian manda un poliziotto a far la ronda dalle parti di Thornton Square per spiare la situazione e i movimenti dell'uomo, ma Gregory riesce sempre a dileguarsi. 

Finalmente, una sera, nella nebbia, Bauer fa il giro dell'isolato per poi rientrare da un altro ingresso e salire in soffitta: qui Gregory scopre i gioielli tanto bramati, cuciti nell'abito di scena indossato da Alice Alquist per il personaggio dell'imperatrice Teodora. Questa volta, egli rientra nella casa dalla porta finora sbarrata all'ultimo piano. Lì egli ritrova Paula, che intanto ha incontrato l'ispettore, entrato in casa approfittando dell'uscita di Bauer, e che ha sentito anch'egli i passi dell'uomo sopra la camera di Paula: l'ispettore rivela all'ancora incredula donna di chi sono quei passi. Brian le ha anche svelato la verità sul movente dell'assassinio della zia: i gioielli, un fatto tenuto segreto all'epoca delle indagini. Dopo una lotta serrata, Brian e il poliziotto riescono a immobilizzarlo in soffitta. Paula, chiedendo di esser lasciata sola per parlare con l'uomo, sfoga la propria rabbia. Parlando con Brian, si lascia alle spalle il proprio incubo, come la notte che va ormai svanendo verso le luci dell'alba.