A la fin de l'année 2001, l'auteur et aspirant politicien local Michael Peterson, également vétéran de guerre, est accusé de meurtre après la mort suspecte de sa femme Kathleen. Dans sa famille, c'est le déchirement face à cette tempête judiciaire et médiatique qui s'annonce terrible...

Tout en travaillant sur sa défense, Michael Peterson envisage de raconter son histoire dans un documentaire. Puis, après avoir appris des informations choquantes sur son beau-père, Caitlin se débat avec ses doutes.

En 2002, le procureur Hardin et son assistante Freda Black procèdent à une nouvelle fouille de la maison des Peterson, à la recherche d'un pique-feu, qu'ils pensent être l'arme du crime. David Rudolf et son équipe réfléchissent à la question de la double vie de Michael, que l'accusation risque d'exploiter.

Le procès s'est ouvert le 1er juillet 2003. La médecin légiste, appelée à la barre, subit les assauts de David Rudolf qui pointe des incohérences dans ses conclusions. Le bureau du procureur rouvre une affaire, qui présente d'étranges similitudes avec la mort de Kathleen et dans laquelle Michael pourrait être impliqué.

Michael fait appel de son jugement. En prison, où on le surnomme L'escalier, il découvre la violence du milieu carcéral. A Paris, Sophie, monteuse, travaille d'arrache-pied sur le documentaire de Jean-Xavier de Lestrade. Au fil d'une correspondance, elle noue une relation amicale avec Michael. De leur côté, le réalisateur et son producteur s'opposent sur le positionnement du documentaire...

Le couperet tombe, l'appel de Michael est rejeté une seconde fois. Son moral vacille. Larry Pollard, l'ancien voisin des Peterson, pense que le drame aurait pu être causé, cette nuit-là, par une chouette barrée, espèce commune dans la région. Sophie veut creuser cette piste, aussi déconcertante et singulière soit-elle. En 2017, Michael se trouve devant un dilemme cornélien...

Un corps amené à la morgue de Durham présente des blessures similaires à celles découvertes sur le crâne de Kathleen. Mise au courant, Sophie décide de mener sa propre enquête avec ces nouveaux éléments. De son côté, Evelyn Ivins, avocate de l'association Programme innocence, met au jour des dysfonctionnements au sein du bureau d'enquête de l'Etat de Caroline du Nord...

Le 9 décembre 2011, à la veille de l'audience du nouveau procès, l'angoisse gagne Michael et son entourage. Jean-Xavier de Lestrade capte ce moment clé de l'affaire. De son côté, David Rudolf fourbit ses armes. L'avocat, Sophie, les enfants de Michael mais aussi les sœurs de Kathleen et sa fille Caitlin qui constituent la partie civile, tous retiennent leur souffle...