밤이 없이 낮만 계속되는 '백야(Midnight Sun)'라는 특이한 기간에 접어든 알래스카의 외딴 마을의 쓰레기 하치장에서 17세 소녀의 시체가 전라의 몸으로 발견된다. 용의자도 단서도, 목격자도 없는 이 의문의 살인사건에 LA경찰국 소속 베테랑 형사 도머(알 파치노 분)가 투입되고 도머는 그의 오랜 파트너 햅과 알래스카 지방 경찰 앨리(힐러리 스웽크 분)와 함께 처음부터 사건을 다시 수사하기 시작한다.
살인이 끝난 후 시체의 구석구석을 닦아주고 머리도 감겨주고 손톱 발톱까지 다듬어 놓은 지능적이고 여유로운 살인자의 흔적을 좀처럼 찾을 수 없던 어느 날, 도머는 쉽게 놓칠 뻔한 단서를 찾아내어 용의자를 추적하게 된다. 그러던 중 안개가 쌓인 어느 해변에서 용의자 대신 파트너인 '햅'을 사살하는 사고를 저지른다.
심한 불면증과 스트레스로 동료를 죽인 그 사고가 자의인지 타의인지 구별조차 못하는 도머는 자신을 향해 조여오는 LA 경찰국 강력반의 내사와 햅이 자신의 부정을 알고 있었다는 상황으로 이 사고를 내사과에서 계획된 범죄로 몰고 갈 것을 직시한다. 결국 도머는 햅의 죽음을 사건 용의자가 범한 살인으로 꾸며댄다. 그 후, 죄책감과 심리적인 압박감, 백야현상으로 인한 불면증에 시달리던 도머는 살인자가 자신이 지목하고 있던 소설가인 핀치(로빈 윌리엄스 분)임을 증명하는 결정적인 단서를 발견하게 된다. 그 순간 도머에게 한 통의 전화가 걸려오고 전화기 속으로 여유롭고 차분한 핀치의 목소리가 들려오는데.
안개 속에서 도머의 살인을 목격한 핀치... '핀치'의 살인을 증명할 결정적인 단서를 갖고있는 '도머'... 이제, 그 둘은 밤이 없는 불면지대인 그 곳에서 자신을 지키기 위한, 그리고 서로를 파멸시키기 위한 숨막히는 두뇌싸움을 벌여야만 하는데.