奥斯丁(埃米尔·赫斯基 Emile Hirsch 饰)和父亲汤米(布莱恩·考克斯 Brian Cox 饰)同为镇上的验尸官,某天晚上,刑警谢尔顿(迈克尔·麦克埃尔哈顿 Michael McElhatton 饰)送来了一具无名女尸,希望汤米和奥斯丁能够在天亮之前弄清楚她身上的秘密。
奇怪的是,这具女尸身上没有任何的淤青或伤口,然而她的内脏和骨骼却伤痕累累,很显然生前遭到了残酷的虐待。在解剖的过程中,难以用科学解释的谜团越来越多,挑战着汤米丰富的经验和好奇心,而屋外忽然降下的暴雨亦给这个不平凡的晚上带来了一丝阴森的气氛。行踪诡异的人影,忽近忽远的脚步,似真似幻的可怕光景,很快,父子两人便发现,他们要做的最重要的事情并不是解开女尸之谜,而是尽快的逃离她,逃得越远越好。。十八世纪末期的纽约,警察们还延用古老的办案方式,对罪犯刑讯逼供,年青的警察伊卡布·克瑞恩笃信科学的办案方式,因此受到市内同行的排挤,被派到一个叫断头谷的小镇办理一起连环凶杀案。
断头谷一直流传着关于“无头骑士”的传说,据说,他是因为嗜血而战的黑森林雇佣军,被敌人割去头颅后,他的孤魂一直在断头谷游荡,在月黑风高之夜,他会骑着快马、拿着大斧将经过此地的行人的头颅割下。两个月内,小镇中已经三个人惨遭毒手。
克瑞恩住进了当地富豪范塔索家中,他对“无头骑士”的传说不以为然,但是,又有人接二连三的死去,他还亲眼目睹了“无头骑士”砍掉小镇治安官的头颅,他不得不相信传说的存在,也坚定了要查出真相的决心。
经过一番调查,克瑞恩将疑点放在了范塔索身上,同时,他和范塔索的女儿卡翠娜刚刚萌芽的爱情也被残酷的现实所摧毁。
就在克瑞恩以为一切真相大白,黯然神伤中准备离开断头谷时,事情发生了意想不到的变化……。