Nina Sayers (Natalie Portman), eine amerikanische Balletttänzerin Anfang zwanzig, wohnt noch zu Hause bei ihrer Mutter in New York, in ihrem alten Kinderzimmer, mit Plüschtieren im Bett und einer Spieluhr auf dem Nachttisch. Ihre Mutter Erica (Barbara Hershey) hatte als Tänzerin aufhören müssen, nachdem sie vom Ballettmeister geschwängert worden war. Nun soll Nina die Frustration der Mutter kompensieren. Mit allen Mitteln versucht Erica Sayers, die Tochter unter ihrer Kontrolle zu behalten. Sie will sie vor einer Schwangerschaft bewahren und sie dazu zu bringen, für den Erfolg auf der Bühne alles zu geben. Ohne die Manipulationen der Mutter ganz zu durchschauen, beugt Nina sich dem enormen Erwartungsdruck und hält sich von Männern fern. Sie hungert und übt bis zum Umfallen. Schmerzen, deformierte Zehen und der Länge nach durchbrochene Zehennägel halten sie nicht davon ab.

Noch ein jeté, noch ein demi-plié, noch einmal mit der geschundenen Fußspitze auf das harte Parkett, bis der Knochen schließlich nachgibt. Ein leises, aber so entsetzlich trockenes Krachen, das einem buchstäblich durch Mark und Bein geht. Die Tänzerin, blass, dünn, angestrengt verschwitzt, fällt mit einem Aufschrei zu Boden. Nicht so sehr vor Schmerz, vor allem aus Wut: Der Geist will üben, üben, üben, bis die komplizierte Tanzfigur perfekt ist, aber der Körper macht nicht mehr mit, knickt ein, bricht zusammen. (Andreas Borcholte, Der Spiegel, 18. Januar 2011)

Aufgrund der Belastung kratzt Nina sich immer wieder die Schulter blutig. Wütend darüber schneidet sie sich die Fingernägel bis zum Fleisch zurück.

Der französische Ballettmeister Thomas Leroy (Vincent Cassel) will mit der New Yorker Compagnie im Lincoln Center, der Nina seit vier Jahren angehört, eine neue Version von „Schwanensee“ einstudieren, bei der eine Solistin sowohl die Rolle der unschuldigen Odette als auch die der bösen Odile tanzen soll, also die des weißen und die des schwarzen Schwans. Weil er beschlossen hat, die bisherige Primaballerina Beth Macintyre (Winona Ryder) durch eine neue zu ersetzen, hofft Nina, die Rolle zu bekommen und damit endlich den Durchbruch zu schaffen. Thomas erklärt ihr jedoch, sie sei zwar die perfekte Besetzung der Odette, aber für die Rolle der Odile ungeeignet, denn ihr fehle die Laszivität, das Wilde, weil sie angestrengt versuche, perfekt zu sein. Als er Nina zu küssen versucht, beißt sie ihn in die Lippe. Die spontane Aggression überzeugt Thomas, dass Nina es mit seiner Hilfe schaffen kann, die Doppelrolle zu übernehmen.

Erica Sayers backt eine Sahnetorte, um das Aufrücken ihrer Tochter zur Primaballerina zu feiern – obwohl sie aus eigener Erfahrung weiß, dass eine Tänzerin auf ihre Figur achten muss, insbesondere vor einer solchen Herausforderung wie der Doppelrolle Odette/Odile in „Schwanensee“. Nina möchte nur ein kleines Stück essen, aber als die Mutter damit droht, die Torte in den Müll zu werfen, fügt sie sich und greift zu.

Beth wirft sich aus Verzweiflung vor ein Auto und wird schwer verletzt in ein Krankenhaus gebracht.

Die Belastung bringt Nina an den Rand eines Nervenzusammenbruchs. Thomas rät ihr, sich auch einmal gehen zu lassen und endlich sexuelle Erfahrungen zu sammeln, denn die seien für eine überzeugende Darstellung der Rolle der verführerischen Odile unerlässlich.

Thomas will Ninas auf Perfektion getrimmte Physis umgestalten. Ihr frigider Arbeitskörper soll mit einem hervorzulockenden Lustkörper verschmolzen werden. (Rainer Gansera, Süddeutsche Zeitung, 19. Januar 2011)

Der Druck verstärkt sich weiter, als eine neue Tänzerin in die Truppe aufgenommen wird. Lily (Mila Kunis) kommt aus San Francisco (!) und ist das genaue Gegenteil von Nina: Unpünktlich, unbeschwert, sexuell herausfordernd. Nina muss um ihre Position fürchten, denn Lily ist ihr zwar technisch nicht gewachsen, bringt jedoch im Gegensatz zu ihr die charakterlichen Voraussetzungen für die Rolle des schwarzen Schwans mit – und Thomas ist für Lilys Verführungskünste empfänglich.

Eines Abends klingelt Lily unerwartet bei Erica und Nina Sayers an der Tür und lädt ihre Kollegin zum Essen ein. Trotz oder gerade wegen des Protests ihrer Mutter folgt Nina der Einladung und geht mit Lily aus. In einer Disko lockt Lily zwei fremde Männer an den Tisch (Sebastian Stan, Toby Hemingway) und bringt Nina dazu, nicht nur Alkohol zu trinken, sondern auch eine Partydroge zu schlucken.

Nina nimmt Lily danach mit nach Hause und lässt sich von ihr oral zum Orgasmus bringen.

Am anderen Morgen wundert sie sich, dass sie verschlafen hat und allein in ihrem Zimmer liegt. Als sie zur Probe kommt, ist Lily bereits für sie eingesprungen. Nina sieht ihren Argwohn bestätigt, dass die Konkurrentin ihr die Rolle wegzunehmen versucht. Sie fragt, warum Lily am Morgen gegangen sei, ohne sie zu wecken, aber die Kollegin weiß nicht, was sie meint, denn sie verbrachte die Nacht mit einem der beiden Männer aus der Bar.

Nina verfällt in einen Wahn. Sie zieht sich eine schwarze Feder aus der aufgekratzten Schulter, und ihre Beine verwandeln sich in die eines Schwans.

Erica Sayers entgeht nicht, dass ihre Tochter kurz vor dem Zusammenbruch steht. Am Tag der Premiere der neuen „Schwanensee“-Inszenierung meldet sie Nina krank und sperrt sie ein. Aber ihre Tochter lässt sich nicht mehr kontrollieren: Mit Gewalt kämpft sie sich den Weg frei und eilt ins Theater.

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Dort erfährt sie, dass Lily an ihrer Stelle tanzen soll. Das lässt Nina nicht zu. Sie schminkt sich und geht auf die Bühne.

In der Pause findet sie in ihrer Garderobe Lily vor, die bereits das Kostüm des schwarzen Schwans angezogen hat. In einer heftigen Auseinandersetzung stößt Nina die Konkurrentin gegen einen Wandspiegel und rammt ihr eine der Scherben in den Bauch. Nachdem sie die Sterbende ins Bad gezerrt hat, zieht sie sich für den 3. Akt um. Es klopft an der Türe. Nina öffnet und wundert sich, weil Lily draußen ist, um ihr zu der außergewöhnlichen Leistung auf der Bühne zu gratulieren. Als Nina wieder allein ist, sieht sie im Bad nach: Da liegt niemand. Der Wandspiegel ist allerdings zerbrochen.

Im dritten und vierten Akt tanzt Nina den schwarzen Schwan, und zwar so leidenschaftlich, dass sie glaubt, ihr wüchsen Schwingen. Am Ende rast das Publikum vor Begeisterung. Nina liegt nach dem vorgetäuschten Sprung in den Abgrund, mit dem das Stück endete, auf der Matratze, die den Aufprall abfederte. Thomas, Lily und die anderen Tänzerinnen umringen sie jubelnd – bis sie merken, dass Blut aus einer Wunde an ihrem Bauch quillt. Thomas ruft nach einem Arzt. „Ich war perfekt … Ich habe es gefühlt … Ich war perfekt“, murmelt Nina, während sie stirbt.