Atteint de folie douce, un ancien juge, Justin Playfair, s'imagine être le célèbre détective Sherlock Holmes. Son frère, qui veut le faire interner, intéresse à son cas une femme psychiatre, Mildred Watson. Frappé par le nom de ce docteur en jupons, Justin l'entraîne dans une folle aventure où, à l'aide d'indices capricieusement interprétés, il cherche à retrouver la piste de l'éternel ennemi du détective, le professeur Moriarty. D'abord décontenancée par l'attitude de son patient, Mildred se prend ensuite pour lui d'une tendre affection à laquelle celui-ci finit par répondre.