Nina (Natalie Portman) es una bailarina en una compañía de ballet de la ciudad de Nueva York cuya vida, como todos los de su profesión, se consume totalmente con la danza. Ella vive con su madre, también bailarina retirada, Erica (Barbara Hershey), que apoya las pretensiones de celo profesional de su hija. Cuando el director artístico Thomas Leroy (Vincent Cassel) decide sustituir a su estrella Beth MacIntyre (Winona Ryder) para la producción que abre su nueva temporada, 'El Lago de los Cisnes', Nina es su primera opción. Pero Nina tiene competencia, la nueva de la compañía, Lily (Mila Kunis), que también impresiona a Leroy.
'El Lago de los Cisnes' requiere una bailarina que pueda interpretar tanto al Cisne Blanco, con la inocencia y la gracia, y el Cisne Negro, que representa la astucia y la sensualidad. Nina se ajusta al primer rol perfectamente, pero Lily es la personificación del Cisne Negro. Mientras las dos jóvenes bailarinas amplian su rivalidad en una amistad turbulenta, Nina comienza a ponerse más en contacto con su lado oscuro con una imprudencia que amenaza con destruirla.
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