Jerry Hartfield è il produttore di Grave Encounters, un programma televisivo di realtà diretto dal cacciatore di fantasmi Lance Preston. Hartfield spiega che lo show è stato cancellato dopo cinque episodi in seguito alla scomparsa della sua troupe, e presenta scene grezze da filmati recuperati del sesto e ultimo episodio. La troupe di Grave Encounters è composta da Lance, dalla specialista dell’occulto Sasha Parker, dall’operatore di sorveglianza Matt White, dal cameraman T.C. Gibson e dal falso medium Houston Grey. La troupe è invitata ad esaminare l’ospedale psichiatrico abbandonato di Collingwood, dove per anni sono stati segnalati fenomeni inspiegabili. Il direttore dell’ospedale conduce la troupe in un tour giornaliero e li informa della storia dell’ospedale, in particolare di un medico di nome Arthur Friedkin, che ha eseguito esperimenti immorali e lobotomie sui pazienti dell’ospedale prima di essere ucciso da loro. L’equipaggio si chiude all’interno dell’ospedale per la notte e inizia la sua indagine, accampandosi vicino all’ingresso principale. Nessuna attività paranormale sembra verificarsi nelle prime ore, fino a quando una porta sbatte dietro a T.C.. L’equipaggio tenta di stabilire un contatto con le entità, e gli incidenti diventano presto più ostili.

L’equipaggio inizia a rifare i bagagli in preparazione del direttore che sblocca l’ospedale. Matt scompare e gli altri membri passano diverse ore a cercarlo. Quando il direttore non torna, l’equipaggio forza le porte d’ingresso per aprirle, ma scopre che conducono ad un altro corridoio, così come ad altre false uscite. Notano anche che fuori dall’edificio è ancora notte quando i loro orologi indicano che è mattina passata da un pezzo. Incontrano una ragazza il cui volto si distorce demoniacamente. Mentre fuggono spaventati, Houston viene strangolata a morte da una forza invisibile. L’equipaggio scopre che sono stati dotati di braccialetti di identificazione dell’ospedale con i loro nomi. Trovano Matt, che indossa un camice d’ospedale e ora è impazzito; borbotta assurdità e spiega che l’unico mezzo di fuga è quello di essere “curato” dai residenti dell’ospedale.

T.C. viene trascinato in una vasca da bagno piena di sangue e scompare mentre Matt si getta nel pozzo dell’ascensore. Lance e Sasha vengono attaccati da un demone ed entrano nei tunnel in cerca di un’uscita. Sasha si ammala e viene rapita da una nebbia. Il terrorizzato e instabile Lance vaga da solo nei tunnel e si nutre di topi vivi per sopravvivere. Trova una porta che conduce alla sala operatoria di Friedkin, che contiene prove di riti satanici e magia nera. Vede le apparizioni di Friedkin e di diverse infermiere, che trascinano Lance urlante su un tavolo operatorio. La telecamera si spegne per qualche istante prima di essere riaccesa da un Lance lobotomizzato, che proclama di essere guarito e di poter uscire.