Au cours d'une émission télévisée, Philip Woode, un jeune Noir, fait la connaissance de Danielle Breton, un mannequin québécois. Séduit, il passe la nuit avec elle. Au matin, il apprend qu'elle a une soeur jumelle, Dominique, possessive et agressive. Un peu plus tard, il est poignardé par l'une des deux soeurs. Avant de s'effondrer, il parvient à alerter une femme habitant l'immeuble en face. Celle-ci, une journaliste nommée Grace Collier, prévient la police. Mais Danielle, qui ne se souvient de rien, a tout maquillé avec l'aide d'Emil, son ex-mari arrivé entre-temps. Le cadavre est ainsi caché dans un canapé pliant, et la police ne trouve rien. Obstinée et sûre de son fait, Grace engage Joseph Larch, un détective privé, pour l'aider à confirmer son témoignage.
Ils apprennent ainsi que Danielle et Dominique sont les soeurs Blanchion, deux soeurs siamoises. Pendant que Larch suit la trace du canapé jusqu'au Québec, Grace découvre que les soeurs Blanchion ont été séparées et que seule Danielle a survécu à l'opération. Lorsque Danielle est enlevée par Emil, Grace les suit jusqu'à l'asile d'aliénés que dirige Breton. Ce dernier la fait passer pour folle et, l'ayant hypnotisée et droguée, lui fait admettre qu'il n'y a jamais eu crime. Mais quand il interroge Danielle sur le meurtre, celle-ci le poignarde à son tour. Danielle clame son innocence, mais est arrêtée. Traumatisée par la séparation et la mort de sa soeur, elle a basculé dans la schizophrénie et c'est sous l'emprise de la personnalité de Dominique qu'elle a tué. La police rouvre l'enquête sur la mort de Woode, mais Grace affirme en toute sincérité s'être trompée et n'avoir jamais vu de meurtre. Au Québec, Larch poursuit son enquête...
En 2006, le producteur confiera à Douglas Buck un remake, Sisters, tirant vers le fantastique.