داستان فیلم قوی سیاه روایت زندگی یک بالرین جوان روان‌پریش است که علی‌رغم استعداد درخشان، از مصائب روحی رنج می‌برد. شرکت باله می‌خواهد برای نمایش معروف دریاچه قو، اثر چایکوفسکی، ستاره جدیدی انتخاب کند.
نینا به تقلا می‌افتد که نقش ملکه قوها را از آن خود کند. این امر حس رقابت و حسادت را در وی تقویت می‌کند. سرانجام مدیر شرکت او را برمی‌گزیند. ستاره قبلی از فرط ناراحتی و افسردگی خود را جلوی ماشین پرتاب کرده و به شدت صدمه می‌بیند.
نینا نیز حین تمرین دچار درگیری‌هایی می‌شود که در مرز خیال و واقعیت می‌گذرد. او که برای رقص نقش قوی سیاه مشکل دارد، رفته رفته دچار سیاهی عمیقی در زندگی می‌شود و برای موفقیت در نقش تن به آلودگی می‌دهد. تا جایی که روز اجرای نمایش ناآگاه دست به خودکشی می‌زند. اجرا با تحسین فوق‌العاده تماشاگران تمام می‌شود و نینای زخمی چشم در نور سالن به موفقیتی می‌اندیشد که هزینه‌ای سنگین داشته است.
بازی “ناتالی پورتمن” در نقش نینا، پس از یک سال تمرین بی‌وقفه، چنان درخشان بود که همه را به تحسین وادار کرد. مهارت وی در بازی از هر نظر و به ویژه حرکت فیزیکی در نهایت جایزه اسکار را برایش به همراه آورد. عواملی دیگر همچون کارگردانی خوب، موسیقی قوی و فیلم‌برداری آرامش‌بخش، در موفقیت فیلم و جلب نظر منتقدان و تماشاگران نقش به‌سزایی داشتند.
فیلم با اینکه تایید بر مسائل روان‌شناختی ندارد، اما بر محور مشکلات روانی می چرخد. نینا دچار نوعی بیماری مازوخیسم همراه با پارانویا است. بیماری که بر اساس دانسته‌های کارگردان فیلم بین بالرین‌ها رایج است. او با قرار گرفتن در موقعیت جدید اجتماعی برای نقش اول نمایش، ناچار فشارهای عصبی فراوانی را تحمل می‌کند. این فشارها، بیماری روحی او را تشدید کرده و اتفاقات فیلم رقم می‌خورد.
مادر نینا تصویر یا چهره‌ای است از آینده احتمالی نینا؛ چهره شکست‌خورده در ایام پیری. او از تکرار سرنوشت خود برای فرزندش می‌هراسد. با این حال بیماری دخترش را «عادت‌های احمقانه از دوران کودکی» می‌خواند. این‌گونه مسئله اصلی را انکار کرده و در بیماری نینا تردید و شبه به وجود می‌آورد. آنچه مسلم است، مشکلات روانی نینا در نهایت به نوعی کنترل شدید در زندگی منتهی شده است.
کنترلی که چندان با سن و سالش به عنوان یک دختر آمریکایی مطابقت ندارد. مثلاً دختر جوان تحت مراقبت شدید مادر قرار دارد. مادر او را در حمام کردن، لباس پوشیدن و شانه کردن موهایش کمک می‌کند. وسایل اتاقش کودکانه و پر از عروسک است. شب‌ها دیروقت به خانه نمی‌آید. با دوستانش شب‌نشینی و میهمانی نمی‌رود.
با اینکه گفته می‌شود زندگی یک بالرین به نظمی باورنکردنی نیاز دارد، ولی درون نینا با این نظم بیش از حد کنار نیامده و میل طغیان دارد. او دختری خجالتی می‌نماید، با این حال گاهی رفتارهای ناهنجار از خود نشان می‌دهد.
رفتارهایی مثل دزدیدن یک رژلب قرمز یا خواهش بی‌دلیل از مدیر شرکت برای به دست آوردن نقش ملکه قوها و . . . . همین رفتارهای جزئی نشان تعارض شدید نینا با درون خود است. صورت آرام و پرسشگر نینا از جدالی خفته با خود حکایت می‌کند. مشکلات روانی زیادی آزارش می‌دهد و دنبال راهی برای خروج از وضعیت موجود می‌گردد.
در کنار مسائل روحی، مشکلات جسمی نیز رنج نینا را دوچندان می‌کند. شایع است که رقصنده‌های باله معمولاً عمرهای طولانی ندارند. او نیز برای حفظ تناسب اندام نمی‌تواند غذای کامل و یا کیکی را که دوست دارد بخورد. به طوری که درد شکم برایش آزاردهنده شده و ناچار است دردهای دیگر همچون زخم انگشت پا و گرفتگی مچ پا را تحمل کند.
تلاش به دست آوردن نقش اول باله و تلاش بیشتر برای حفظ آن، باعث می‌شوند نینا با رقبای خود برخورد غیرعادی داشته باشد. هنگامی که به دلیل تلاطم روحی دیگر اجرایی به خوبی قبل ندارد، عکس العمل‌های معمولی دیگران را نقشه‌های توطئه‌بار تلقی می‌کند.
مسلم است که زیبایی تحت کنترل شدید پدیدار نمی‌شود. حرکاتی که موبه‌مو حساب شده و دقیق باشند، مجالی به ظهور و بروز زیبایی خلاق‌گونه نمی‌دهند. کنترل وسواس‌گونه نینا نیز، اجرای باله را برایش دشوار می‌سازد. از این رو مدیر شرکت از او می‌خواهد خود را رها کند. و جای دیگر به او می‌گوید: این تویی که مقابل خودت قرار گرفتی و باید خودت را از میان برداری.
اصل این بینش که راه نجات این دختر در رها شدن اوست، به خودی خود مطلوب است؛ اما نحوه مقابله و رهایی نشان داده شده، از جنس نسخه‌هایی است که برای بسیاری جوانان امروز پیچیده می‌شود. نوعی از آزادی که با بی بند و باری یکی پنداشته می‌شود. در حقیقت نینا، خود را نه به سمت نور و سپیدی، بلکه به سمت تاریکی و سیاهی رها می‌کند. او می‌خواهد قوی سیاه باشد نه سفید.
این گونه است که نینا باید رودر روی مادر بایستد و حتی در موقع لزوم او را به کناری پرتاب کند و از رویش بگذرد. باید به باشگاه‌های شبانه برود و گاهی برای تفریح از قرص های مخدر و الکل استفاده کند و برای روابط جنسی تمام قید و بندها را کنار گذارد.
در تمرین و تست اولیه نمایش، نینا از عهده نقش قوی سفید به خوبی بر‌می‌آید، اما در نقش قوی سیاه دچار مشکل و سرگیجه می‌شود. مدیر شرکت ادعا می‌کند ستاره قبلی نمایش از نیرویی شیطانی الهام می‌گرفت؛ به همین دلیل با دیدن رفتار پرخاشگر این رقصنده جوان، نقش ملکه را به او می‌دهد. شرکت برای ایفای نقش قوی سیاه از نینا می‌خواهد که اغواگر و شهوت‌انگیز باشد. از این رو باید نیروی شهوانی درونی خود را آزاد کرده و قوی سیاه درون خود را کشف کند. نینا مراحل رسیدن به نیروی تاریک روح خود را تا اقدام به قتل طی می‌کند. این نیروی شیطانی در نهایت به شکل پرهای قوی سیاه از پشت او بیرون می‌جهند.
تکیه بر این امر که نینا این مراحل را درون ذهن خود گذرانده یا در دنیای خارج اهمیت چندانی ندارد. مهم عبور و نیل به سیاهی است. فیلم همواره در دو سطح واقعیت و خیال حرکت می‌کند. کارگردان عمداً مرز لحظه‌های خیالی با واقعیت را مشخص نمی‌کند. صحنه‌هایی وجود دارد که مشخص نیست در خیال نینا اتفاق افتاده یا در واقعیت رخ داده است. تلاش کارگردان، آن‌چنان که از انتخاب نام فیلم پیداست، به تصویر کشیدن انسانی است که به قوی سیاه (نیروی شیطانی) تبدیل می‌شود، خواه در واقعیت باشد، خواه در خیال!
در سکانس پایانی قوی سپید با زخمی که از قوی سیاه بر جانش نشسته، فرو می‌افتد. او صحنه اجرا یعنی محل تجلی‌اش را وداع می‌گوید.
