En Australie, en 1900. Madame Appleyard, une mystérieuse veuve, dirige d'une main de fer un pensionnat de jeunes filles. Un jour, au cours d'un pique-nique organisé à Hanging Rock, Marion, Irma et Miranda, trois amies inséparables, et Edith, une camarade, ont l'autorisation d'aller se promener seules...

Une battue est organisée pour retrouver Miranda, Marion, Irma et Miss McGraw, l'une des enseignantes, disparues lors du pique-nique. Edith, choquée, se rétablit difficilement. Le sergent Bumpher mène l'enquête et interroge Michael Fitzhubert, dernière personne à avoir vu les jeunes filles...

Ni le sergent Bumpher ni madame Appleyard ne comprennent ce qui a pu se passer durant les neuf jours qu'Irma a passés à Hanging Rock. Accueillie par les Fitzhubert, la jeune fille se remet peu à peu de ses émotions mais prétend n'avoir aucun souvenir. Le passé de madame Appleyard refait surface...

La réputation du collège souffre de toute cette affaire, et certains parents retirent leurs filles de l'établissement. Face à la dureté de madame Appleyard, madame Valange sort de sa réserve. Albert, le garçon d'écurie des Fitzhubert, part à la recherche de sa soeur dont il vient d'apprendre l'existence...

Mademoiselle Diane se sent responsable de la disparition des jeunes filles et redouble de vigilance. Elle apprend que le tuteur de Sara est venu la chercher. Bientôt les pensionnaires quittent le collège pour les vacances de Pâques. Le docteur Mackenzie fait une demande particulière à madame Appleyard...

Les craintes de Diane redoublent lorsque le tuteur de Sara revient sans sa pupille. Madame Appleyard est persuadée que son ex-mari a enlevé les jeunes filles.