뉴욕 시립 발레단의 니나(나탈리 포트만)는 엄마의 과보호 아래 오직 발레에만 전념해 테크닉은 단연 뛰어난 발레리나. 발레단 단장인 토마스(뱅상 카셀)에 의해 가까스로 ‘백조의 호수’의 주역으로 발탁되어 백조와 흑조의 1인 2역을 맡아야 하는 니나는, 완벽한 백조 연기와 달리 관능적이고 도발적인 흑조 연기가 불안하기만 하다. 게다가 새로 입단한 릴리(밀라 쿠니스)가 흑조에 어울리는 관능미와 카리스마로 그녀를 위협해 온다. 공연이 다가올수록 니나는 스타덤에 대한 열망과 세상 모두가 자신을 파괴할 것 같은 불안감에 사로잡힌다. 급기야 자신의 성공을 열광적으로 지지하는 엄마마저 위협적인 존재로 인식하게 된 니나는 내면에 감춰진 어두운 면을 서서히 표출하기 시작하는데…