芭蕾舞团决定演出新版芭蕾舞剧《天鹅湖》。新的女主角需要能够同时驾驭黑天鹅与白天鹅这两个角色。

舞团暂定的女主角妮娜，能够完美地演绎纯洁优雅的白天鹅。但是她表演的黑天鹅却总不能让总监托马斯满意。而舞团新来的女演员莉莉，却能够很容易地表演出性感魅惑的黑天鹅。

在与莉莉的友谊、竞争中，以及对黑天鹅这一角色的探索中，妮娜逐渐发现了自己灵魂中的黑暗面；同时也逐渐摆脱了多年来母亲对她的精神控制，开始形成属于自己的独立人格。

妮娜，优秀的芭蕾舞女演员，一直以来和母亲住在一起。母亲打理她生活中的一切。在母亲的教导下，妮娜美丽、纯洁、优雅。生活极其简单。

在影片开头，一直在母亲照顾之下的妮娜，即使已经二十八岁，生活仍然单纯地像是一个七、八岁的小女孩。每天除了在舞团排练，就是在家练习基本功、缝舞鞋。几乎没有朋友、没有社交。衣服、房间都是粉色系。卧室里摆满了小兔子或是小熊样子的毛绒玩偶。

直到芭蕾舞剧《天鹅湖》选女主角的时候，总监托马斯认同妮娜高超的芭蕾舞技巧，认为妮娜优雅、纯洁、柔弱的气质极度贴合白天鹅。但是他认为，妮娜的这种气质，让她无法演绎妩媚妖娆的黑天鹅。

总监托马斯认为，妮娜太过于克制自己的动作，不够真情流露。

妮娜想要争取女主角。于是涂上口红，打扮了一番，单独去找托马斯，想要让他改变心意。这标志着执着于专心跳舞的妮娜，第一次试图利用“女性魅力”这一武器为自己争取利益。因为之前母亲教导出地妮娜，美丽、端庄，但并不具备性吸引力。

托马斯强吻妮娜，妮娜慌张之下咬了托马斯。这个动作让托马斯看到了妮娜性格中隐藏的关于“黑暗”部分的潜力。于是冒险选择了妮娜出演《天鹅湖》的女主角。

但是妮娜知道，在最终演出之前，她的位子随时有可能被人替换下来。

在排练的过程中，托马斯在妮娜面前，对另一名舞者，莉莉，表演的黑天鹅表示赞赏。莉莉也许动作不够精准，但是她的身上具备妮娜所缺乏的热情与松弛。这开始引起妮娜的思考。

在母亲这么多年的教导之下，妮娜早已习惯了清教徒似的，清心寡欲的生活。欲望是罪过。是令人感到羞耻的。是需要克制的。

而此刻，妮娜开始对母亲的教导产生怀疑。

《天鹅湖》发布会结束的当天晚上，托马斯为了让妮娜激发出自己的热情，建议妮娜回家自慰。妮娜回家照做，但却因为无意中发现母亲在旁边睡着，而吓得立刻停止了动作。

也就在这一晚，妮娜回到家的时候，妈妈像往常一样帮她换衣服。妮娜下意识地说：“我可以自己来”。妈妈顿了一下，仍未停止动作。随即，妈妈发现妮娜后背的抓痕。立刻强行把她带到浴室，用剪子剪下了妮娜有些长的指甲。

这一晚，妮娜的种种表现标志着她的自我意识开始觉醒：自慰意味着个人欲望逐渐复苏；试图自己换衣服表明人格试图开始独立。

而妮娜后背的抓痕，在后面的情节里，在妮娜的幻觉中，会长出黑天鹅翅膀的羽毛。所以出现抓痕隐喻着妮娜原本缺失的黑暗人格逐渐在苏醒。

但在此刻，这一切虽已萌芽，但仍然被母亲牢牢地压制着。

又一天，排练不顺利的妮娜，情绪低落地回到家。与母亲闲谈时，母亲提醒：“我不希望你和我犯相同的错误。我为了生你放弃了事业。”

是的。母亲以前也曾经是芭蕾舞演员。因为生下妮娜而不能继续跳舞。她把自己未了的心愿加在妮娜身上，希望妮娜专注于舞蹈。母亲一直以来严格限制妮娜的社交，试图把妮娜关在家中“圈养”。母亲甚至不惜像这样用道德绑架的说法，让妮娜对自己产生愧疚。

妮娜对此本是习以为常。但是随着自我意识的觉醒，妮娜意识到，自己已经二十八岁了。不应该是这个样子。

此刻，母亲隐约感觉到了妮娜不同于以往的状态。于是以查看妮娜是否继续抓伤自己后背的皮肤为由，命令妮娜脱掉衣服。

这是母亲关于自己对女儿掌控程度的测试。

结果是，这一次，妮娜表情坚定地说了：不！

后来，妮娜跟着莉莉去酒吧放松一下。在酒吧里，妮娜看着莉莉从容地与服务生调情、大口地吃着自己平时不敢碰的高卡路里食物、嗑药、与刚刚认识的人一同把酒言欢。妮娜由衷羡慕着莉莉生活得随心而自由。她羡慕莉莉对一切都保持着松弛而洒脱的态度。

妮娜在探索黑天鹅这一角色的过程中，渐渐发现了，自己多年以来，被刻意培养成了一个某种程度上与世隔绝的、单纯柔弱、需要保护的“小公主”。而这件事情是不对的，甚至是病态的；另一方面，托马斯屡次对妮娜表演的黑天鹅表示不满，妮娜很怕自己失去女主角的位子。

双重压力的夹击下，妮娜开始出现幻觉，并且越来越严重。

妮娜开始把莉莉当成了假想敌。她认定了莉莉处心积虑地要多走女主角的位置。

妮娜心中黑暗的部分开始疯狂生长。

妮娜摔掉了自己床头的芭蕾舞小人形状的音乐盒、扔掉了卧室里的毛绒玩偶。她的排练服装由原本的粉红色、灰色换成了黑色…

最后那场正式演出，帮助妮娜完成了自我蜕变的最后一步。

正式演出开始前，妮娜发现托马斯选择了舞技同样精湛的莉莉作为她的替补。妮娜瞬间心中极度狂躁不安，几近崩溃。她似乎又证实了莉莉企图取代她。

正式上场的前一夜，妮娜回到家中。妮娜再一次出现了幻觉。在幻觉中，她的后背的抓痕中间，长出了黑天鹅的羽毛。双腿变得像天鹅的腿一样纤细弯曲。随即她晕了过去。

妮娜醒来时，母亲意识到了妮娜精神状态极度反常。母亲把最近女儿发生的变化，都怪罪于这个角色带来的巨大压力，所以自作主张通知剧场，称妮娜因病无法演出。母亲把妮娜锁在家里。

而妮娜为了能够去表演，抢夺房间的钥匙，不惜弄伤母亲的手，强行夺门而出。

母亲问：“我的乖女儿怎么了？”妮娜则回答：“她不见了！”

回到了剧场的妮娜，在托马斯已经决定更换女主角的情况下，坚决地要求自己按照原定计划演出。妮娜的态度前所未有地强势。与之前在托马斯面前一直唯唯诺诺的样子判若两人。托马斯见状，暗自高兴于妮娜的变化，应允了妮娜的请求。

在最后的演出中，在幕后，妮娜在幻觉中，用玻璃碎片刺伤了假想敌莉莉。其实她刺伤的是自己。在舞台上，妮娜完美地完成了舞蹈：端庄优雅的白天鹅，黑暗魅惑的黑天鹅。她如愿完成了从白天鹅到黑天鹅的蜕变。

结局处，妮娜说，我感受到了完美。

妮娜在对黑天鹅这一角色的探索中，完善了自己原本缺失的，关于黑暗、欲望的人格。她从此不再是那个妈妈手中的提线木偶。而是一个有着独立思想与意识的人。

“我完美了”，亦是“我完整了。”