バニー・レイクは行方不明

ロンドンに越してきた、アメリカ人のシングル・マザー、アン・レイクの４歳の娘フェリシア（バニー）が行方不明になる。ジャーナリストの兄スティーヴンを呼び出し、アンは、バニーを預けてあった保育所を虱潰しに探す。しかしバニーは見つからず、アンとスティーヴンは警察に連絡を入れ、ニューハウス警視が捜査を始める。ニューハウスはその段階で、アンには子供時代に空想癖があることを知り、彼女の話に疑問を抱き、子供の存在自体を疑う。そしてニューハウスは、アンとスティーヴン兄妹の関係を調べるうちに、意外な事実に気づく・・・。