Nick, próbując udowodnić swoją niewinność i znaleźć Amy, zaczyna sam prowadzić śledztwo, odkrywając wiele faktów z przeszłości swojej żony, które kwestionują to, co uważał za swoje życie małżeńskie. Ostatecznie odkrywa, że cała sytuacja jest o wiele bardziej skomplikowana, niż sądził.

Film przeskakuje między różnymi punktami widzenia, pokazując perspektywy zarówno Nika, jak i Amy, ukazując ich relacje i ich prawdziwe osobowości. Zaginiona dziewczyna to mroczny i intrygujący thriller, który prowadzi widza przez liczne zwroty akcji, zaskakujące zakończenie oraz skomplikowaną i zaskakującą fabułę, która pozostaje w pamięci na długo po zakończeniu filmu.