Charlie Kaufman (Nicolas Cage), un scénariste marginal mais talentueux, doit adapter "The Orchid Thief" pour le grand écran. C'est un roman de Susan Orlean (Meryl Streep) inspiré d'une histoire vraie de John Laroche, un botaniste qui cultive des clones d'orchidées rares pour les vendre à des collectionneurs.
Mais Charlie ne voit pas comment il pourrait rester fidèle au livre en recadrant l'intrigue dans un format hollywoodien.

Parallèlement, Donald, son frère jumeau, rédige son propre scénario sans aucune difficulté. Découragé par son attitude, Charlie lui demande conseil pour son adaptation. Il pense également à Susan qui pourrait sûrement lui être une aide précieuse, mais il n'ose la rencontrer.

Pendant ce temps, Susan s'éprend de John Laroche, le héros de son roman. C'est en le créant qu'elle s'est rendue compte à quel point son mariage était devenu ennuyeux et routinier.