A garota no trem é a história de pós-divórcio da vida de Rachel Watson. Todos os dias, ela pega o trem trabalhar em Nova York, e todos os dias o trem passa por sua antiga casa. A casa que ela morava com o marido, que ainda mora lá, com sua nova esposa e filho. Enquanto ela tenta não se concentrar em sua dor, ela começa a observar um casal que vivem algumas casas para baixo..--Megan e Scott Hipwell. Ela cria uma vida de sonho maravilhoso para eles em sua cabeça, sobre como eles são uma família perfeita e feliz. E então um dia, o trem que passa, ela vê algo chocante, enchendo ela com raiva. No dia seguinte, ela acorda com uma ressaca horrível, vários ferimentos e hematomas e não se lembra da noite anterior. Ela tem apenas um sentimento: algo ruim aconteceu. Em seguida vêm os relatórios de TV: Megan Hipwell está faltando. Rachel se torna investiu no caso e tentar descobrir o que aconteceu com Megan, onde ela está e o que exatamente ela mesma estava fazendo naquela mesma noite Megan desapareceu.