Susan, directrice d'une galerie d'art à Los Angeles, s'ennuie dans la routine de son quotidien. Elle reçoit un matin le manuscrit de son premier mari, Edward, qui tentait à l'époque de leur relation, vingt ans plus tôt, de devenir écrivain. Susan, qui ne croyait pas au talent d'Edward, l'avait quitté après avoir rencontré son mari actuel. Le manuscrit s'intitule Nocturnal Animals, en référence au surnom qu'il lui avait donné, et lui est dédié. Susan commence la lecture du roman, qui s'imbrique progressivement dans son quotidien. Nocturnal Animals raconte l'histoire de Tony Hastings, un père de famille qui assiste impuissant à l'enlèvement de sa femme et de sa fille sur une route isolée du Texas. Abandonné dans le désert, il parvient à rejoindre un bureau de police où il rencontre un inspecteur de police, Bobby Andes. Peu de temps après, les corps sont découverts nus et attachés ensemble dans une décharge. Les deux femmes ont été violées avant d'être tuées. Un an après, les suspects du meurtre ont été retrouvés, mais sans preuves concrètes, ils risquent d'être libérés. Bobby, atteint d'un cancer en phase terminale, propose à Tony de faire justice eux-mêmes. Ils capturent deux suspects et en tuent un, mais l'autre s'enfuit. Tony le retrouve caché dans le désert. Ils se battent. Tony le tue, mais il se tire accidentellement dessus et meurt. Susan envoie un mail à Edward pour qu'ils se voient. Il accepte, mais ne se présente pas au rendez-vous.