Ένας αρχιτέκτονας κατηγορείται ότι σκότωσε τη γυναίκα του. Το μόνο του άλλοθι είναι μία γυναίκα με περίεργο καπέλο που συνάντησε και γνώρισε σε ένα μπαρ, με την οποία πήγε και παρακολούθησε μαζί της το ίδιο βράδυ μια θεατρική παράσταση. Μόνο που δεν ξέρει το όνομά της και οι μάρτυρες που τους είδαν μαζί (μπάρμαν, ταξιτζής, μουσικός στο θέατρο) αρνούνται ότι τον είδαν με κάποια γυναίκα. Το δικαστήριο δεν χρονοτριβεί και τον καταδικάζει. Η υπάλληλος του γραφείου του, που είναι τσιμπημένη μαζί του, αποφασίζει να αναζητήσει αυτή την άγνωστη, την Phantom Lady, αλλά θα πρέπει να ξεκινήσει από τους μάρτυρες που έκαναν τα στραβά μάτια. Στο πλευρό της θα σταθεί ο αστυνομικός που συνέλαβε τον αρχιτέκτονα, επειδή κι αυτός νιώθει ότι κάτι δεν πάει καλά με την υπόθεση.