Fata din tren spune povestea unei tinere care urmărește în fiecare dimineață, luând același tren, un cuplu tânăr și aparent perfect ce locuiește într-o casă de lângă calea ferată. Într-o zi vede însă ceva ce o șochează......
Acţiunea filmului are loc în Los Angeles în anii ’70, când nepriceputul detectiv Holland March şi bătăuşul Jackson Healy trebuie să lucreze împreună pentru a rezolva cazul unei fete dispărute. Investigaţiile duc spre o conspiraţie la nivel înalt...
Când frățiorul ei începe să trăiscă stări și situații care i-au pus și ei cândva la încercare sănătatea mintală, Rebecca vrea să afle adevărul din spatele terorii. Ea va ajunge față în față cu o entitate cu un inexplicabil atașament față de mama lor....