Eine verheiratete französische Schauspielerin (Emmanuelle Riva) reist zwölf Jahre nach dem Ende des zweiten Weltkriegs für einen Dreh nach Hiroshima und begegnet dabei einem japanischen Architekten (Eiji Okada). Da er fließend französisch spricht und sich die beiden auf Anhieb gut verstehen, nimmt sie ihn mit auf ihr Hotelzimmer und die beiden verbringen eine Liebesnacht. Während beide noch nackt im Bett liegen, beginnt sie von den grauenvollen Erinnerungen an das Unglück der Atombombenexplosion zu erzählen, mit denen sie beim Dreh und in einem Museum in Hiroshima konfrontiert wurde. Obwohl sie einige Tage später abreisen muss, lässt der Japaner nicht locker und es kommt zu einem weiteren intimen Treffen, bei der sie ihm ein düsteres Geheimnis aus ihrer Vergangenheit erzählt, das sie bisher noch nie jemanden anvertrauen konnte.