A Los Angeles, en 1928, Christine Collins, mère célibataire, travaille au standard téléphonique du Pacific Electric. Un matin, sollicitée pour remplacer une collègue malade, elle laisse à la maison son fils Walter, 9 ans. Quand elle rentre le soir, elle découvre qu'il a disparu. Après l'avoir cherché dans tout le quartier, elle prévient la police, qui attend 24 heures avant de lancer des recherches. Quelques semaines plus tard, le chef de la brigade des mineurs, le capitaine Jones, lui annonce qu'on a retrouvé Walter. Tremblante, puis stupéfaite, Christine découvre sur le quai de la gare que l'enfant qu'on lui rend n'est pas le sien. Mais personne ne veut l'écouter, à l'exception d'un pasteur presbytérien, engagé dans une croisade contre la corruption de la police.