Narra la historia de Nina (Portman), una bailarina de una compañía de ballet de la ciudad de Nueva York cuya vida, como la de todos los de su profesión, está completamente absorbida por la danza. Nina vive con su madre, Erica (Barbara Hershey), una bailarina ya retirada que apoya con entusiasmo la ambición profesional de su hija. Cuando el director artístico Thomas Leroy (Vincent Cassel) decide sustituir a la prima ballerina Beth Macintyre (Winona Ryder) en la nueva producción de la temporada, “El lago de los cisnes”, Nina es su primera elección. Pero Nina tiene competencia: una nueva bailarina, Lily (Kunis), que también ha impresionado gratamente a Leroy. “El lago de los cisnes” requiere una bailarina que pueda interpretar tanto al Cisne Blanco, con inocencia y elegancia, como al Cisne Negro, que representa la astucia y la sensualidad. Nina se adecua perfectamente al papel del Cisne Blanco, pero Lily es la absoluta personificación del Cisne Negro. Mientras la rivalidad entre las dos jóvenes bailarinas va transformándose en algo más que una encrespada relación, Nina empieza a conectar con su lado más oscuro, con una temeridad tal que amenaza destruirla.