法国女留学生埃尔莎（刘亦菲 饰）在成都爱上了丝绸研究员、尺八高手马荣（黎明 饰），后又在巴黎与马荣的兄弟、纹身师建民（刘烨 饰）之间产生情感。前者找到了一种符合他理想的蚕——夜孔雀，后者把蝶化的夜孔雀永远铭刻在艾尔莎的肌肤上。

故事发生在上世纪的80年代。著名的植物学家在一个岛上培育研究植物，他的性格严厉保守，与女儿陈安（李小冉 饰）相依为命。这天，混血女子李明（米兰妮•詹姆帕诺米 Mylène Jampanoï 饰）前来岛上实习，她父母在唐山地震中双双亡故。陈安于李明朝夕相处，二人暗结断背情愫，感情日渐深厚难分。
　　陈安哥哥在西藏当兵，探亲归来，喜欢上了李明，父亲大力撮合婚事。此时陈安与李明已经互许终生，升华为情欲和爱欲交织的感情。为了二人可以相伴终生，李明决定答应这头婚事。然而，哥哥终究发现李明不是处女的秘密，怒不可遏，把李明打伤。李明逃回植物园，这时父亲才觉察到了李明与女儿之间的不寻常关系。一场悲剧正在慢慢上演。