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Adam (Jake Gyllenhaal) es un inestable profesor universitario que de pronto descubre la existencia de Anthony, un actor que es físicamente igual que él. Consumido por el deseo de conocer a su doble, Adam sigue la pista de Anthony y ambos se ven abocados a un obsesivo enfrentamiento que tendrá inesperadas consecuencias no sólo para ambos, sino también para sus respectivas parejas: Mary (Mélanie Laurent) y Helen (Sarah Gadon).