1863. El Capital Giorgio, guapo y distinguido, ha sido transferido de Milán a un puesto de avanzada en la provincia, teniendo que dejar atrás a su bella amante casada Clara. Pronto se entera que el Comandante a cargo de la unidad, el Coronel Ricci, tiene una prima, Fosca, sumamente enferma. Fosca es atendida por el Dr. Tambourri, también militar de la unidad. Giorgio ofrece prestarle algunos de los libros que ha traído consigo, ya que Fosca está tan enferma que sólo puede leer, y prácticamente ha leído todo aquello a lo que tiene acceso. Una noche Fosca baja al comedor a agradecerle a Giorgio en persona por los libros. Giorgio así conoce a Fosca: una enferma y poco agraciada mujer. Rápidamente Fosca desarrolla sentimientos por Giorgio, que se convierten en obsesión. Giorgio y Clara intercambian cartas sobre Fosca. Clara le sugiere evitarla tanto como sea posible. Cuando Gorgio se prepara para un permiso de 5 días en el que visitará a Clara, Fosca aparece inesperadamente y de forma histérica y suplicante le pide que vuelva pronto. Al regresar de su viaje, Giorgio debe enfrentar los reproches y demandas de Fosca, que pide detalles sobre su affaire con Clara. Giorgio trata de todas las formas elegantes primero esquivar las insinuaciones de Fosca, y luego rechazarla sin herir su susceptibilidad. Pero nada alcanza. Fosca cae en cama, con su condición seriamente agravada. Es Dr. Tambourri quien le pide que la visite en su lecho. La vida de Fosca depende de él. Giorgio siente la responsabilidad moral de ayudar si está en su poder hacerlo, y la visita. Fosca le implora que se quede junto a ella mientras duerme, y le pide que escriba una carta que ella dictará. Giorgio acepta, pero la carta es una carta de fantasía escrita en primera persona por Giorgio y dirigida a ella. La situación se ha convertido ya en la conversación de todo el regimiento. El Coronel agradece a Giorgio la amabilidad que muestra con su prima y explica su historia: Fosca se casó con un Conde Austríaco cuando tenía 17 años, que sólo la quiso por el dinero de su familia y en realidad tenía otra esposa e hijos. Cuando confrontado, Ludovic abandonó la casa y nunca volvió. Fue allí donde comenzó la enfermedad de Fosca, de la que nunca se recuperó. Al morir sus padres, su primo fue quien se hizo cargo de ella. La historia conmueve visiblemente a todos. En la soledad de una montaña, Giorgio lee la última carta de Clara, en la que expresa cierta angustia. En medio de la lectura, aparece Fosca. En el límite de sus fuerzas, Giorgio es brutalmente honesto: No la quiere, nunca la va a querer, de hecho la desprecia, desprecia su obsesión y su falta de dignidad. Fosca se desvanece y Giorgio la carga de vuelta al cuartel bajo la lluvia. Giorgio desarrolla una fiebre en la cual tiene pesadillas con Fosca arrastrándolo hacia la tumba. El doctor le da una licencia para que viaje a Milán, pero en el tren lo alcanza también Fosca. Ella se disculpa por enfermarlo y promete mantener su distancia, pero le explica que no puede dejar de amarlo: no es su elección. La contundencia de los sentimientos de Fosca conmueve a Giorgio, que la lleva de regreso al cuartel. En Milán, Giorgio pide a Clara que abandone a su marido y huya con él, pero ella se niega en pos de su hijo. Le pide que esperen hasta otro momento más conveniente, cuando su hijo haya crecido, antes de planear un compromiso más serio. El Coronel encuentra entre las cosas de Fosca la carta que ella dictara a Giorgio, y lo acusa de provocarla y demanda un duelo. Giorgio pide al doctor que arregle para ver a Fosca una vez más: se da cuenta que ama a Fosca, porque nadie lo amó a él así antes. Aun sabiendo que puede matarla, esa noche consuman finalmente su amor. A la mañana siguiente tiene lugar el duelo, tras el castillo, donde el Coronel sólo sale herido. Giorgio tiene que hospitalizarse, para tratar su condición nerviosa. Tiempo después se entera que Fosca murió poco después de esa noche de amor y que el Coronel se recupera de su herida.
