Le film est vaguement basé sur un roman de Joyce Carol Oates. Cronenberg et De Palma pourraient aussi être des sources d'inspiration pour le film du cinéaste français.
Surtout, les références au grand « Rosemary's Baby » de Polanski sont nombreuses.
L'histoire commence avec Chloé (Marine Vacth), une beauté française de 25 ans. On la voit regarder la caméra pendant que ses cheveux longs sont coupés. C’est le premier du défilé de gestes et de clins d’œil évoqué plus haut.
Nous la retrouvons ensuite dans le cabinet du gynécologue, où il lui dit que les douleurs abdominales dont elle se plaint peuvent être liées à l'anxiété et à la dépression, il l'envoie donc chez un psychiatre.
Première rencontre avec le Dr Paul Meyer (Jérémie Renier), un jeune thérapeute blond qui semble donner l'impression rassurante que tout ira bien. À certains moments des sessions, Ozon rapproche les personnages grâce à l'écran partagé. « Quand je le vois, j'ai l'impression d'exister », lui dit Chloé lors d'une des séances, constatant que la douleur et la mélancolie ont cessé. Peu de temps après, Paul lui dit qu'il est tombé amoureux d'elle et qu'il doit arrêter la thérapie pour des raisons éthiques.
Heureusement pour Cognitive Dissonance, le sentiment est réciproque et bientôt Chloé et son chat bien-aimé Milo emménagent dans le luxueux appartement de son ex-thérapeute. Chloé trouve un document qui la dérange, le nom de famille est Delord et non Meyer, après explication on lui dit que c'est le nom de famille de sa mère.
Chloé le voit parler à une femme sur la façade d'un immeuble. Alors qu'elle continue de découvrir de quoi il s'agit, elle découvre que le Dr Louis Delord, un vrai jumeau (également Jérémie Renier), également thérapeute mais lacanien, l'insulte, la brutalise et entame une série de scènes érotiques sauvages qui ont en fait été vu des milliers de fois, voir « La Vie d'Adèle » de Kechiche.
Chloé cache sa relation avec Louis à Paul et profite de ses longs séjours à l'hôpital. Elle travaille comme gardienne dans un musée. Il s'agit d'un geste promotionnel car révéler la suite du thriller serait spoiler, les choses se compliquent de plus en plus et Chloé se retrouve entre deux feux, il y a un problème avec le chat, un voisin qui a de nouveau son dévolu sur Rosemary. .
Son histoire de sosies, de tromperie et de désir permet à Ozon d'aborder ses thèmes de prédilection : la vie intérieure turbulente des femmes, la distance entre l'apparence et la réalité, l'impossibilité de connaître l'intimité des êtres chers et la nécessité de compenser l'ignorance. Dans la fantasy, ce qui conduit bien sûr à d'inévitables erreurs, le sol n'est pas solide et parfois marécageux. Certes, la réalité des décors est très élégante, distinguée, trompeuse, fragile, sombre. Bon casting, pas le meilleur d'Ozon, mais il est impressionnant.