URSS, 1937. Aleksey Louzhin, neuropsychologue et scientifique, est libéré du goulag où il était emprisonné pour des actes anti-révolutionnaires. Les autorités le somment de reprendre ses expériences scientifiques au sein du projet YM afin d'utiliser les capacités psychiques des Dusha. Mais l'esprit de Louzhin est altéré. Il est obsédé par Martina, son sujet le plus doué possédant un don rare.