O ano é 1954. O agente Teddy Daniels é escolhido para investigar o desaparecimento de um paciente do Shutter Island Ashecliffe Hospital para criminosos psicopatas.
Lá ele descobre que os médicos se utilizam de tratamentos radicais, ilegais, anti-éticos e até sinistros. Teddy logo consegue uma pista promissora, mas o hospital se recusa a dar acesso aos arquivos que ele suspeita que poderiam resolver o caso.
Quando um furacão derruba a comunicação com o continente, mais criminosos perigosos escapam durante a confusão, e as pistas se multiplicam, fazendo Teddy duvidar de tudo: sua memória, seu parceiro e até sua própria sanidade.