《贵妇失踪记》故事发生在欧洲大陆的火车上。年轻的英国女教师吉尔在旅途中结识了一位和蔼的老贵妇弗罗伊德夫人。两人相谈甚欢，然而在火车中途停靠后，弗罗伊德夫人却神秘失踪了。吉尔向车上其他人询问，可大家都坚称从未见过这位贵妇，甚至怀疑她精神错乱。吉尔没有放弃寻找真相，她与偶然结识的美国青年哈里斯一起展开调查。在追查过程中，他们遭遇了各种危险和阻碍，逐渐发现背后隐藏着一个涉及间谍活动的巨大阴谋。随着真相一点点浮出水面，吉尔和哈里斯能否解开贵妇失踪之谜，挫败间谍阴谋呢？