Die Kunsthändlerin Susan Morrow (Amy Adams) führt in Los Angeles ein privilegiertes, aber unerfülltes Leben mit ihrem neuen Ehemann Hutton Morrow (Armie Hammer). Als dieser erneut zu einer seiner zahlreichen Geschäftsreisen aufbricht, erhält sie ein Manuskript mit dem Titel Nocturnal Animals, geschrieben von ihrem Ex-Ehemann Edward Sheffield (Jake Gyllenhaal), mit dem sie seit Jahren keinen Kontakt mehr hat. In der beigefügten Notiz fordert Edward sie auf, das Buch zu lesen.

Der Roman ist Susan gewidmet, doch sein Inhalt ist brutal und niederschmetternd. Edward erzählt darin die Geschichte von Tony Hastings (ebenfalls gespielt von Jake Gyllenhaal), der mit seiner Familie durch Texas fährt und dort eines Nachts von Ray Marcus (Aaron Taylor-Johnson) und dessen Gang von der Straße abgedrängt wird. Machtlos muss Tony dabei zusehen, wie seine Familie entführt wird und seine größten Ängste Wirklichkeit werden.

Tief bewegt von Edwards Worten erinnert sich Susan an die intimsten Momente ihrer eigenen Liebesbeziehung zu ihm. Der Roman zwingt sie dazu, ihre selbst getroffenen Lebensentscheidungen in einem ganz neuen Licht zu sehen. Je weiter die Erzählung in Nocturnal Animals auf eine Abrechnung zuläuft, desto dramatischere Auswirkungen hat sie nicht nur auf ihren Helden, sondern auch auf Susan.