Il film è ambientato a Los Angeles negli anni '20 e racconta la storia di Christine Collins (interpretata da Angelina Jolie), una madre single il cui figlio di nove anni, Walter, scompare. Nel disperato tentativo di trovare suo figlio, Christine chiede aiuto al dipartimento di polizia di Los Angeles.
Tuttavia, la polizia, ansiosa di chiudere rapidamente il caso, dopo diversi mesi presenta a Christine un ragazzo che sostengono sia Walter. Nonostante l'insistenza di Christine sul fatto che il ragazzo non è suo figlio, la polizia la costringe ad accettarlo.
Mentre Christine continua a lottare per la verità, scopre un'inquietante rete di corruzione e abusi all'interno della polizia di Los Angeles. Viene a sapere che la polizia ha rapito bambini e li ha fatti passare per giovani smarriti o fuggitivi per raggiungere le loro quote e mantenere un alto tasso di eliminazione. L'instancabile ricerca della giustizia da parte di Christine, che trae il sostegno di un medico comprensivo e di un reverendo, denuncia la cattiva condotta del dipartimento e porta a riforme.
Alla fine, grazie agli sforzi di un investigatore privato assunto da Christine, il vero Walter viene scoperto vivere a pochi isolati dalla casa di Christine. Si scopre che era stato rapito da un serial killer di nome Gordon Northcott, che lo teneva prigioniero e abusava di lui, insieme ad altri bambini. Walter viene salvato e la verità sulle azioni della polizia di Los Angeles viene alla luce.
"Changeling" è un dramma potente che combina elementi di crimine, mistero e critica sociale.