Главная героиня детективного триллера «Девушка в поезде» – опустившаяся женщина по имени Рэйчел (Эмили Блант), лишившаяся семьи и работы из-за алкогольной зависимости. Ежедневно она ездит в город, наблюдая из окна электрички за жизнью в благополучных домах, один из которых принадлежит новой семье ее бывшего мужа Тома (Джастин Теру). Однажды становится известно о бесследном исчезновении Меган (Хейли Беннетт) – одной из тех, за кем любила наблюдать Рэйчел. Девушка работала няней в доме Тома, а внешне чем-то напоминала его нынешнюю жену Анну (Ребекка Фергюсон). Рэйчел подозревают в том, что это она – виновница пропажи Меган, поскольку ее заметили неподалеку от места событий, а сама героиня не помнит, где находилась в тот роковой час.