Dr. Ian Gray (Michael Pitt) é um biólogo molecular que estuda a evolução do olho, junto com sua parceira de laboratório, Karen (Brit Marling). Depois de um trágico romance com uma jovem mulher exótica (Astrid Bergès-Frisbey), a natureza analítica de Ian é colocada à prova, desencadeando uma série de eventos que levam a uma impressionante descoberta anos depois... e um deles pode desvendar grandes mistérios.