El joven fotógrafo Yaniv «Nev» Schulman vive con su hermano Ariel en la ciudad de Nueva York. Abby Pierce, una niña artista prodigio de 8 años en la zona rural de Ishpeming, Michigan, envía a Nev un cuadro de una de sus fotos. Se hacen amigos en Facebook, lo que se amplía para incluir a la familia de Abby, incluida su madre Angela (Wesselman); el marido de Angela, Vince; y la atractiva hermanastra mayor de Abby, Megan, que vive en Gladstone, Michigan.
Para un documental, Ariel y Henry Joost filman a Nev mientras comienza una relación online con Megan. Ella le envía MP3 de versiones de canciones que interpreta para él, pero Nev descubre que todas están sacadas de actuaciones en YouTube. Más tarde encuentra pruebas de que Angela y Abby han mentido sobre otros detalles de la carrera artística de Abby. Ariel insta a Nev a continuar la relación para el documental, aunque Nev parece reacio a continuar. Los hermanos deciden viajar a Michigan para hacer una aparición improvisada en casa de los Pierce y enfrentarse directamente a Megan. Cuando llegan a la casa, Angela tarda en abrir la puerta, pero es acogedora y parece feliz de conocer por fin a Nev en persona. También le cuenta que ha empezado recientemente a recibir quimioterapia por un cáncer de útero. Después de dejar múltiples mensajes al intentar llamar a Megan, Angela lleva a Nev y a Ariel a ver a Abby en persona. Mientras habla con Abby y su amiga a solas, Nev se entera de que Abby nunca ve a su hermana y que rara vez pinta.
A la mañana siguiente, Nev se despierta con un mensaje de texto de Megan diciendo que ha tenido un problema de alcoholismo de larga duración y que ha decidido ingresar en rehabilitación y no puede reunirse con él, lo que es confirmado por uno de los amigos de Megan en Facebook, pero Nev se da cuenta de que probablemente se trata de otra mentira de Angela. Tras reunirse con la familia en su casa, Ángela admite que las fotos de Megan eran de una amiga de la familia, que su hija Megan está realmente en rehabilitación en el estado y que Ángela había pintado realmente cada uno de los cuadros que había enviado a Nev. De este modo, Nev se da cuenta de que, aunque creía estar hablando con Megan, en realidad era Ángela la que se hacía pasar por ella con una cuenta de Facebook y un teléfono móvil alternativos. Mientras se sienta a dibujar, Ángela le confiesa que los distintos perfiles de Facebook eran todos mantenidos por ella, pero que a través de su amistad con Nev, se había reencontrado con el mundo de la pintura, que había sido su pasión antes de sacrificar su carrera para casarse con Vince, que tiene dos hijos con discapacidad mental grave que requieren cuidados constantes. A través de una conversación con el propio Vince, los hermanos se enteran de que Ángela le había dicho (falsamente) que Nev le pagaba los cuadros, y que él la había animado a aprovechar la oportunidad de tenerlo como mecenas.
Vince, hablando con Nev, cuenta la historia de cómo se enviaba bacalao vivo junto con bagres en los mismos tanques para mantener el bacalao activo, y así asegurar la calidad del pescado. Además, lo explica como una metáfora de cómo hay personas en la vida de todos que los mantienen alerta, activos y siempre pensando. Se da a entender que cree que Ángela es una de esas personas.
Algún tiempo después, Nev recibe un paquete etiquetado como de la propia Ángela; es el dibujo terminado que ella elaboró durante su encuentro, aunque Nev parece ambivalente en sus sentimientos al respecto.
El texto en pantalla informa entonces al espectador de que Ángela no tenía cáncer, que no había ninguna Megan en Dawn Farms y que no conoce a la chica de los dibujos. A lo largo de los nueve meses de correspondencia, Angela y Nev intercambiaron más de 1.500 mensajes. Más tarde se supo que la chica de las fotos era Aimee Gonzales, modelo y fotógrafa profesional, que vive en Vancouver (Washington) con su marido y sus dos hijos. En octubre de 2008, dos meses después de los hechos, murió Ronald, uno de los hijos gemelos de Vince. Angela desactivó sus otros 15 perfiles y cambió su perfil de Facebook por una foto suya, y ahora tiene una página web para promocionarse como artista. Nev sigue en Facebook y tiene más de 732 amigos, entre ellos Angela.