十八世纪，让-马普蒂斯特•格雷诺耶（本•韦肖 Ben Whishaw 饰）出生在巴黎最肮脏、最恶臭不堪的地方——鱼市场上。格雷诺耶天生对气味有着惊人的天赋：无论恶臭还芳香，他都一一记住，并能轻易分辨各种气味。　　当他在孤儿院长到13岁的时候，被院长卖给了制皮匠。格雷诺耶在制皮铺过着犬马不如的生活。机缘巧合，格雷诺耶在香水巴尔蒂尼面前展露了其过人的天赋，进入了香水铺工作。但格雷诺耶并不仅仅满足于制作出世界上最芳香的香水，他梦想学得如何保存万物气味的方法。巴尔蒂尼告诉格雷诺耶香水的起源地在格拉斯，那里的人知道保存气味的方法。格雷诺耶拿着巴尔蒂尼的推荐信来到了格拉斯。　　格雷诺耶爱上了青春少女的体香，为了把这种香味保存下来，格雷诺耶最终走上了杀手的道路。

影片以臭名昭著的杀人犯让-巴蒂斯特·格雷诺耶的判决开始。他的人生故事以倒叙方式讲述，从他出生时被遗弃在法国鱼市开始。格雷诺耶在孤儿院长大，成长为一个异常冷漠的男孩，拥有超人的嗅觉。作为制革商的学徒成长为成熟后，他第一次将货物运送到巴黎，在那里他陶醉于所有新的气味。他对一个卖黄李子的红发女孩特别着迷，跟踪她并试图嗅她，但他的行为吓到了她。为了不让她哭出来，他捂住了她的嘴，无意中让她窒息而死。在意识到她死了后，他脱光了她的衣服，闻遍了她的全身，当她的气味消失时，他变得心烦意乱。之后，他渴望重现她的香气。

格雷诺耶将货物送到一家香水店后，其调配香水的能力让意大利老板朱塞佩·巴尔迪尼 (Giuseppe Baldini) 惊叹不已。他用新配方重振调香师的职业生涯，只要求巴尔迪尼教他如何保存香味。巴尔迪尼解释说，所有香水都是十二种单独气味的和谐，理论上可能包含第十三种气味。格雷诺耶遗憾地发现巴尔迪尼的蒸馏方法无法捕捉到所有物体（或者更确切地说，人）的气味。巴尔迪尼向格雷诺耶通报了格拉斯的另一种方法并向他提供熟练工论文以换取 100 种新香水配方。然而，格雷诺耶离开后，巴尔迪尼所在的那座摇摇欲坠的建筑倒塌，巴尔迪尼去世了。在前往格拉斯的途中，格雷诺耶决定逃离社会，躲进一个山洞。在此期间，他发现自己没有任何个人气味，并相信这就是为什么别人认为他很奇怪或令人不安。他决定继续他的探索，离开了他的洞穴。

抵达格拉斯后，他闻到了富有的安托万·里奇斯 (Antoine Richis) 的红发女儿劳尔·里奇斯 (Laure Richis) 的气味，并决定她将成为他的“第十三种气味”，即他香水的关键。他找到了一份工作并学会了恋爱的方法。他开始进行实验，首先杀死一名年轻女子，并尝试使用热烟花提取她的气味，但失败了。接下来，他尝试对他谋杀的妓女进行冷恋，并成功保留了她的气味。完善了自己的方法后，他开始了一场杀戮狂潮，以年轻女性为目标并捕捉她们的气味。他把他们赤裸的尸体扔到城市各处，引起恐慌。在保留了前十二种气味后，他计划对劳尔发起攻击。由于担心女儿的安全，里希斯带着她逃离了这座城市，但格雷诺耶追踪到她的气味到一家海边旅馆，并在里希斯熟睡时谋杀了她。

格雷诺耶准备好香水后不久，士兵们就抓住了他。行刑当天，他给自己喷香水。刽子手和众人都被这醉人的气味说不出话来；他们在陷入大规模狂欢之前宣布格雷诺耶无罪。里希斯拿着剑接近他，但被气味所淹没，并将格雷诺耶视为自己的儿子。毫发无损地走出格拉斯，格雷诺耶现在拥有足够的香水来统治世界，但却发现它无法帮助他像正常人一样去爱或被爱。他对自己漫无目的的追求感到失望，回到了他出生的巴黎鱼市，并将剩余的香水倒在了头上。周围的人群被这股香味所吸引，纷纷吞食他。第二天早上，只剩下他的衣服和空瓶子了。