A enfermeira Amy acaba de chegar ao Hospital infantil Mercy Fall, que está em vias de ser fechado, para assumir o turno da noite. No entanto, ela rapidamente se apercebe de que algo assusta e magoa as crianças que ali estão, e que elas falam acerca de uma "menina mecânica", chamada Charlotte, que vive na ala abandonada do hospital, onde ninguém vai há quarenta anos. Contra a vontade dos seus colegas e da administração do hospital, Amy vai entregar-se à descoberta da verdade.