1952年的一天，暴风雨来临之前，治安官（marshall）泰迪和他的新搭档查克被一艘渡轮送到禁闭岛（shutter island）。禁闭岛只能依靠这艘渡轮和大陆之间连接，岛上建有一所特殊的精神病院，收治的都是犯有重罪的精神病人，因此岛上既有医生又有警卫。
泰迪和查克到禁闭岛的任务是调查一件病人失踪案。昨天夜里，女病人瑞秋从障碍重重的病房里不翼而飞，似乎是穿墙消失了。瑞秋是个二战遗孀，她的病史和犯罪史是亲手溺死了她的三个孩子，然后把他们挨个从湖里抱回房子里，排放在厨房的桌上。瑞秋被送到禁闭岛上后，一直拒绝承认她在精神病院里，她把这里的病人想象成邻居、送牛奶的和送信的，当然也从不承认自己曾经溺死孩子们的过往。
泰迪告诉搭档查克，他是自愿接受这个任务来到禁闭岛的，因为除了这个政府的任务外，他到禁闭岛还有两个目的。一是追查一个叫莱蒂斯的病人，这个病人曾是泰迪和妻子在波士顿城里公寓楼的装修工，他引起火灾造成了泰迪妻子的丧生。泰迪认为这个纵火犯莱蒂斯就藏在岛上关押最危险病人的C区。最后一个任务是泰迪认为这个平静的精神病院里正在实施对病人开颅洗脑的人体实验，他要调查和揭露这个阴谋。
说到最后一个任务，要说回泰迪的身份。泰迪曾是二战的一名美国士兵，在德国打过仗，参加了攻克达豪集中营的战斗。他在集中营里目睹了大批的尸体，在冰雪中宛如冰雕。两具母女俩拥抱在一起的尸体深深刻在泰迪的脑海里，并在以后的岁月里反复出现在噩梦中，那个死去的小女孩在梦里说：You should have saved us.?怀着对纳粹的憎恶，泰迪和美国士兵们对投降的纳粹官兵进行了屠杀。这些战争的阴影深深刺伤了泰迪，他认为这不是战争的胜利，而是谋杀，他由此养成了酗酒的恶习。泰迪对查克说：我已经知道了人会对人做出什么。这是他怀疑禁闭岛上有着如纳粹一般的实验室对精神病人进行人体实验的根源。
泰迪和查克在岛上开始了艰难的调查。调查在暴风雨中进行，在泰迪的眼里，病人们带着脚镣在岛上劳作，而院方对他的工作经常不配合，比如私自放走了失踪病人瑞秋的主治医生肖恩医生，又不肯把肖恩医生的档案交给他看。在警卫的跟随下，泰迪带着查克走遍了禁闭岛的角角落落，最后把目光锁定在岛上的那个灯塔。院方说灯塔是禁闭岛的污水处理系统，而泰迪则坚信那个实验室就在灯塔里。病人在勤卫的陪同和警卫的监视下劳作和生活、女病人瑞秋的失踪、肖恩医生的离开和院方的支支吾吾、灯塔，这些景象在泰迪的眼里都预示着岛上一定有着不可告人的秘密。而他就是来寻找真相的，包括寻找杀死妻子的纵火犯莱蒂斯。
除了调查的艰难，泰迪的身体在暴风雨中显得非常糟糕。他不断出现感光、偏头疼等症状，害得搭档查克要不停地给他吃阿司匹林。泰迪噩梦连连：浑身湿透的妻子出现在梦里，泰迪在梦里说：Why are you all wet, baby??一个小女孩出现在梦里，对泰迪说：You should have saved me.
当泰迪追寻的真相到来的时候，真实世界的真相也同时降临了。在最后的灯塔里，泰迪没有发现他所期待的人体实验室，却意外地看到院长考利医生和搭档查克坐在灯塔顶楼等着他。考利医生对狂躁的泰迪说：醒醒吧，莱蒂斯，这是最后的机会了，如果你再不醒来，明天就只能去接受脑白质切除手术了。可怜的泰迪呆住了，他狂躁地攻击查克，考利医生拿出了最后的杀手锏——那三个溺死的孩子的照片，泰迪终于醒了，或者说，莱蒂斯终于醒了。
真相是这样的。泰迪就是莱蒂斯。参加过二战的莱蒂斯战后在波士顿当政府治安官，他因为杀害妻子和纵火而被收治到禁闭岛已经两年了，但两年来他从来没有承认过自己的罪行，甚至不承认自己有过三个孩子。为逃避现实，在每个暴风雨来临的时候，他都会幻想出一个完整的故事，在故事里他就是前面叙述的泰迪。两年来他像倒带一样重复他的故事，医护人员甚至病人都了解这个故事的每个细节。由于莱蒂斯毫无悔意，并且拒不承认自己就是杀人犯和纵火犯，他成了这个岛上最危险的病人。治疗变得旷日持久，董事会决定对他实行脑白质切除手术，这样他会成为听话的活死人。但院长考利医生和莱蒂斯的主治医生肖恩医生不愿意放弃对他的治疗，请求董事会给他们最后一次机会，用考利医生坚持的角色法来让病人醒来。
于是岛上的医护警卫在考利医生的安排下，从莱蒂斯被渡轮送上岛开始，陪他上演了一出戏，肖恩医生扮演了泰迪（莱蒂斯）的拍档查克，照顾沉浸在自己编织的故事中的莱蒂斯。考利医生和肖恩医生在这出戏里一次次提醒莱蒂斯，这个故事有那么多荒谬和破绽，希望他能从自己的故事中醒来。但莱蒂斯顽固的“防御机制”使得他对那些破绽视而不见，或罔顾左右，他可不想破坏心中美好的故事，因为在这个故事里，他可是英雄、治安官，他是来调查和揭露阴谋、同时为妻子报仇的。
直到影片的最后，莱蒂斯终于回想起了所有真实的故事。治安官莱蒂斯和妻子互相爱恋，有三个可爱的孩子。但由于战争的阴影，莱蒂斯常年酗酒而对妻子疏于照顾。妻子患有严重的抑郁症并有强烈的自杀倾向。为了引起莱蒂斯的注意，她放火烧了城里的公寓，于是全家搬到湖边居住。两年前的一天，莱蒂斯下班回到家，发现妻子全身湿透坐在湖边的椅子上，而孩子们都不见了。原来，她把三个孩子都溺死在了湖里。莱蒂斯把孩子们一个个从湖里捞上来，排在屋后的草地上。妻子说：放我走吧！莱蒂斯悲痛欲绝。他开枪杀死妻子，并放火烧了房子，自己也精神错乱了。这是他来到禁闭岛前的故事。而所谓的纵火犯莱蒂斯、失踪女病人瑞秋、还有灯塔里的实验室，都是他臆想出来的人物和故事。编织出来的故事远远比现实美好，于是他久久不肯醒来。
《禁闭岛》的震撼，表现在最后揭示真相时，有让人从头回看的欲望。大帅哥莱昂纳多演绎的泰迪（莱蒂斯），让人心生无尽的怜悯。他是个罪犯，但那么希望自己是英雄，他的眼神紧张狂躁，偏头疼和噩梦始终折磨着他，无法平静却又不肯醒来。米歇尔威廉姆斯（饰演莱蒂斯的妻子多洛丝）在片中的形象古典凄楚，美得惊人。 这部影片的拍摄极尽凄美，而最令我震撼的是莱蒂斯醒来之后叙述的妻子。多洛丝患有重度抑郁症，她在第一次企图自杀后告诉他，她的脑子里住进了一只虫子，不停地敲打着她的头盖骨，因为好玩而拉扯她的脑神经（She had an insect living inside her brain.She can feel it clicking across the ?scull, pulling the wires just for fun?）。这些令人毛骨悚然的话，叙述的是一个重度抑郁症患者的痛苦。
她到底有多痛苦，才需要用死亡来获得自由；而他到底有多痛苦，才躲在自己的故事中，一直不肯醒来。