Susannah Cahalan est une jeune journaliste prometteuse du New York Post dont la vie bascule brutalement quand elle commence à souffrir d'hallucinations, de crises d'épilepsie et d'une psychose galopante. Hospitalisée, observée, incomprise, elle perd peu à peu la mémoire de tout ce qui lui arrive pendant des semaines entières. Pendant que ses proches luttent pour ne pas la perdre, un médecin visionnaire finit par identifier une maladie auto-immune rarissime que personne n'avait su reconnaître. Adapté de l'autobiographie de Susannah Cahalan, *Brain On Fire* est un film poignant sur le combat d'une jeune femme pour reconquérir sa propre vie.