Sybil Isabel Dorsett es una joven tímida y retraída, que trabaja dando clases a niños en Nueva York y sufre del trastorno disociativo de identidad. La atormenta tener visiones y recuerdos de su dolorosa y traumatizante niñez.

Al no poder sobrellevar esta situación, procura la ayuda de la doctora Cornelia Wilbur una psiquiatra que gradualmente descubre que Sybil tiene 16 personalidades diferentes, las cuales fueron causadas por los abusos de su madre durante la niñez. Cuando la joven expresa a su doctora el enojo que siente por primera vez, ésta la hipnotiza para que Sybil conozca a sus otras 15 personalidades y las confronte, para así ir eliminándolas poco a poco y poder llevar una vida más equilibrada...