Em Paris, na década de 1890, o Inspetor Bonnard da polícia é tomado de surpresa por um brutal assassinato na Rua Morgue. Três meses depois, Yvonne, uma artista de cabaré, é morta de forma similar ao assassinato anterior. Na ocasião, a polícia encontra uma pulseira em seu braço e, no quarto dela, fotografias de seu ciumento parceiro de palco, René, e do seu namorado, o universitário Georges Brevert. Um dos policiais nota que o fecho da pulseira, uma vez fechado, não pode ser aberto e é considerado como um símbolo do amor eterno.

Quando os vizinhos afirmam que viram a sombra de um homem escapar pelo telhado, Bonnard suspeita de René, até que uma mulher inadvertidamente fornece-lhe um álibi, ao tentar provar sua culpa. Bonnard, então, volta sua atenção para Brevert, mas o professor de psicologia da Sorbonne, Paul Dupin e sua noiva e assistente de laboratório, Jeanette Rovere, fornecem um álibi para ele. Dupin apresenta Bonnard a um colega professor, palestrante convidado do zoológico, Dr. Marais, que treina ratos para responder aos sinos e tem teorias sobre o instinto assassino em animais. Mais tarde, um misterioso assaltante entra em um apartamento, através de uma janela, e mata a modelo do pintor, Arlette, que usa uma pulseira semelhante à de Yvonne. Em busca de um suspeito, Bonnard e seus homens investigam artistas de circo, mas evidências apontam para Dupin, quando eles encontram um camafeu no quarto de Arlette, que ele afirma ter sido comprado para Jeannette e roubado de seu apartamento.

Na Universidade, Marais dá uma palestra sobre uma surda-muda, chamada Marie, que transformou a hostilidade interior depois de sofrer a rejeição do marido. Mais tarde, Camille, uma jovem que vive na pensão de Dupin, é morta e a polícia o prende no telhado. Dupin afirma que estava perseguindo o assassino, mas quando a polícia encontra outras provas incriminatórias, Bonnard o prende. Tal como ocorrera com as outras vítimas, Camille é encontrada usando uma pulseira igual à de Yvonne. Perplexo pela capacidade do assassino de escapar do apartamento das vítimas, Bonnard contrata um acrobata do circo para encontrar um meio de escapar do quarto de Arlette. Quando o acrobata falha, Dupin sugere a Bonnard que o assassino deve ser um animal. Mais tarde, em um mergulho à beira-mar, Jacques, um animal que trabalha para Marais, mata um marinheiro que o provocou ao falar de um macaco que ele trouxe de Malta.

Enquanto isso, Marais oferece à Jeannette um emprego para estudar o comportamento dos animais no zoológico e a apresenta a um macaco enjaulado que responde à sua demonstração de afeto. Depois que ela sai, Jacques e Marais discutem como o macaco acidentalmente matou a primeira vítima, na Rue Morgue, já que ele fora treinado para matar a mando do professor. Jacques o provoca ao dizer-lhe que Jeannette irá rejeitá-lo, assim como as outras mulheres o fizeram.

Em sua casa no jardim zoológico, Marais encontra Jeannette com um retrato de sua falecida esposa, que ele alega ter cometido suicídio. Incitando-a a esquecer Dupin, Marais a beija, mas ela se esquiva. Em seguida, ao perceber que o retrato mostra o medo nos olhos da Sra. Marais, Jeannette supõe que as grades nas janelas do quarto foram colocadas para aprisionar a mulher, e não para mantê-la segura dos animais do zoológico.

Diante da rejeição de Jeannette, Marais se mostra ressentido, mas lhe dá uma pulseira que alega ter pertencido a Dupin. Percebendo a hostilidade do professor, ela acredita que, a exemplo de Marie, ele teria desenvolvido uma neurose em resposta à rejeição. Depois de trancá-la no quarto, Marais vai até a jaula do macaco, mas o mesmo havia matado Jacques e fugido. Enquanto Marais o procura, o macaco invade a loja de uma costureira e mata a proprietária. Enquanto isso, na Delegacia, Bonnard pede que Dupin assine uma confissão pré-escrita, mas ele, vendo as pulseiras das vítimas em sua mesa, recorda como Marais treinou seus ratos e sugere que ele  poderia treinar um macaco da mesma forma, mas Bonnard se recusa a considerar sua teoria.

Em seguida, um policial relata o assassinato da costureira e faz entrar testemunhas que viram o macaco e um homem bem-vestido descerem em um bueiro perto da cena do crime. Bonnard, Dupin e vários policiais correm até o jardim zoológico, onde Marais havia instruído o macaco a arrombar a janela do quarto e matar Jeannette. O animal, no entanto, a carrega desmaiada, para o telhado e, de lá, para uma árvore. Por outro lado, ao ver a polícia, Marais solta um leão de sua gaiola, mas os policiais matam o animal, prendem o professor e providenciam uma rede. Embora preso, Marais ordena que o macaco mate Jeannette, mas o animal empurra a jovem, que cai na rede. Logo em seguida, os policiais atiram no animal que, ao cair da árvore, mata Marais.

Horas depois, na Delegacia, Bonnard corta a pulseira do braço de Jeannette e encerra o caso.