파리에서 미국으로 건너온 대학 교수 험버트는 여름 동안 지낼 하숙집을 찾다 미망인 샬롯의 집에 머물게 된다. 그는 샬롯의 애정어린 관심을 받고 부담스러웠지만, 그녀의 조숙한 어린 딸 로리타에게 한 눈에 반해버린다. 결국 험버트는 로리타의 곁을 떠나지 않기 위해 샬롯과 결혼을 한다. 어느 날, 로리타에 대한 마음을 기록한 험버트의 일기장을 본 샬롯은 격분해 집 밖으로 뛰쳐나가다 교통사고로 죽고 만다. 험버트는 기숙학교에 보내진 로리타에게 어머니의 죽음을 알리고 함께 도피 여행을 떠난다. 이 때 정체 불명의 추적자가 등장하는데...