Le maître conteur Guillermo del Toro nous offre un conte de fées d'un autre monde, avec pour toile de fond l'Amérique de la guerre froide, en 1962. Dans le laboratoire gouvernemental secret où elle travaille, la solitaire Elisa (Sally Hawkins) est prisonnière d'une vie de silence et d'isolement. La vie d'Elisa est changée à jamais lorsqu'elle et sa collègue Zelda (Octavia Spencer) découvrent une expérience secrète classée.