某小學少年今里大悟（澁谷武尊飾）用石頭砸死痛苦的兔子后，與姐姐桐子（満島ひかり飾）同時成為眾人非議對象。這對同父異母的姐弟由童話作家父親公平（香川照之飾）撫養，兩任妻子離奇死亡的陰影使家庭關系疏離。因童年變故失去語言能力的桐子，始終通過文字與最親近的弟弟維系情感。當兩人觀看3D恐怖片《戰栗迷宮》時，銀幕中跳出的機械兔子將他們帶入超現實異世界。在這個由父親童話創作衍生出的迷幻空間里，姐弟被迫直視十年前導致生母死亡的家庭真相。隨著虛實交錯的冒險推進，父親逃避的責任、母親死亡的隱情與姐弟間壓抑的情感羈絆逐漸浮出水面，最終在超現實場景中達成跨越生死的和解。