Dans la dernière décennie du 19ème siècle, la mystérieuse veuve Hester Appleyard arrive en Australie, hantée par un passé secret. Ici, dans le nouveau monde, elle établit une école pour les jeunes femmes. Mais six ans plus tard, le jour de la Saint-Valentin, en 1900, la directrice énigmatique permet à ses élèves de pique-niquer à Hanging Rock. Et là, dans une atmosphère étrange, il se passe quelque chose d'impensable.
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Trois élèves d'Hester et une gouvernante ont disparu. Mené par un sergent obstiné, les hommes locaux recherchent les disparus. Quelque chose de surnaturel leur est-il arrivé? Un crime a t-il eu lieu? Un jeune Anglais aristocratique, Michael Fitzhubert, était la dernière personne à voir les filles, et quand la recherche est abandonnée, il est obligé de retourner au Rocher où il fait une découverte choquante.
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L'héritière disparue de Rothschild, Irma Leopold, a été trouvée, remarquablement indemne, mais prétendant ne se souvenir de rien. Pendant ce temps, les rumeurs se répandent et le sergent se tourne vers le Collège. Quels secrets se cachent derrière ces portes? Son enquête intensifie la paranoïa de Hester et elle devient certaine que la jeune orpheline, Sara, sait quelque chose au sujet de la disparition.
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Hester se bat pour contenir son hystérie alors que les répercusiions de la disparition continuent de perturber l'ancien ordre. Un visiteur mystérieux fait remonter des souvenirs du passé sombre d'Hester, tandis que Sara cherche à échapper à l'université.
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La gouvernante française, Mademoiselle, se méfie de plus en plus du comportement erratique de Mme Appleyard et craint le pire quand on lui dit que Sara a été surprise par son tuteur, sans que personne d'autre ne s'en aperçoive. Alors que Mademoiselle cherche des réponses, le sergent se rend à Melbourne pour chercher une dernière interview avec Irma, et un voeu secret fait par les filles disparues est révélé.
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Hester est devenue de plus en plus certaine que son mari vengeur est derrière les disparitions et qu'il en a désormais après elle. Alors qu'elle se prépare à fuir, l'arrivée du tuteur de Sara fournit une preuve concluante des mensonges de Mme Appleyard. Alors que Hester se rend au Rocher Suspendu, nous apprenons enfin tout ce qui a conduit à sa disparition ; le passé hanté dans lequel elle s'est enfuie et la vie secrète des étudiantes disparues.