Tony Wendice, une ancienne gloire du tennis, s'est marié avec Margot pour sa richesse. Mais celle-ci le trompe depuis peu avec Mark Halliday, un jeune auteur de romans policiers. Craignant que sa femme le quitte et le laisse sans le sou, Tony fait appel au capitaine Lesgate et le charge d'assassiner Margot en échange d'une grosse somme d'argent.

À cause d'une jambe cassée, le reporter-photographe L. B. Jefferies est contraint de rester chez lui dans un fauteuil roulant. Homme d'action et amateur d'aventures, il s'aperçoit qu'il peut tirer parti de son immobilité forcée en étudiant le comportement des habitants de l'immeuble qu'il occupe dans Greenwich Village. Et ses observations l'amènent à la conviction que Lars Thorwald, son voisin d'en face, a assassiné sa femme. Sa fiancée, Lisa Fremont, ne le prend tout d'abord pas au sérieux, ironisant sur l'excitation que lui procure sa surveillance, mais finit par se prendre au jeu.