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La trama comienza con Jerry Hartfield, un productor ejecutivo de California enfocado en los reality shows, explicando sobre la cancelación de un programa de investigación paranormal llamado Grave Encountersadvirtiendo al público que lo que verán no es una película, sino que es solo a muestra a Lance Preston conductor del programa "Grave Encounters" y su equipo, compuesto por Sasha Parker(especialista en fenómenos paranormales), T. C. Gibson (cámara), Matt White (experto técnico) y Houston Gray (estrella invitada) preparándose para mostrar el siguiente lugar donde investigarán, el abandonado Hospital Psiquiátrico Collingwood donde se ha reportado actividad paranormal desde su cierre en 1963 y está considerado como el edificio más embrujado de Norteamérica. Un historiador local y vecinosque viven cerca del edificio, les comentan que a los médicos y demás personas que trabajaban en ese lugar en realidad no les interesó mucho curar a los pacientes del recinto y lo consideraban como un "basurero" donde las familias que tenían personas con enfermedades mentales los dejaban ahí a su suerte y se olvidaban de ellos, en vez de ser una institución de cuidado y curación para esas personasenfermas. También les cuenta sobre el Dr. Arthur Friedkin, un neurólogo qué de forma macabra e ilegal hacía lobotomías y experimentos médicos con los enfermos y que años después es asesinado a manos de los mismos pacientes del lugar.
El equipo conoce bien el lugar por el vigilante Kenny Sandivol, quien está familiarizado con el edificio y su entorno, y al final del día se encierranvoluntariamente en el interior de Collingwood para pasar la noche (las cadenas que cierran el edificio son colocadas por el vigilante en la entrada principal desde el exterior) y comenzar su investigación, poniendo un campamento en la sala principal justo en la entrada. Lance y su equipo tratan de establecer contacto con las entidades invisibles responsables de las actividades paranormales que ocurren en elsitio, y aunque son inicialmente sin éxito, son finalmente atormentados por fantasmas, que se vuelven cada vez más hostiles.
Con media hora antes de que el vigilante del hospital llegue, la tripulación comienza a empacar. Matt va a recuperar las cámaras, pero desaparece. Los otros pasan las próximas horas en busca de Matt, pero no llega. Lance, Sasha y TC van a buscar a Matt pero no lo encuentran,TC al buscarlo en la escaleras, es empujado hasta caer donde luego Lance y Sasha lo levantan. Desesperado, TC, con la ayuda de Lance, derriba la puerta principal con una camilla para escapar, sólo para descubrir que los lleva a otro corredor, al igual que muchas otras puertas "de salida" que encuentran. Se dan cuenta de que aún es de noche afuera, cuando debería ser la luz del día - Lance ve lahora 13:00 (1 de la tarde) en su teléfono celular. Cuando duermen, sus equipos de iluminación son destruidos por los fantasmas al ser arrojados contra el suelo y encuentran su comida infestada de gusanos completamente crecidos.
Después de buscar más salidas y tratando de escapar al techo, el equipo estima que la escalera termina misteriosamente con un sólido muro que bloquea la entrada a la plantasuperior. Se oyen gritos, pensando que es Matt. Entran en una habitación con un somier de metal, que por sorpresa es movido y levantado violentamente. Poco después, Sasha siente que algo la está arañando con mucha fuerza y la ayudan a quitarse la camisa en su desesperación, para encontrar que ahora tiene un mensaje inquietante tallada en su cuerpo diciendo "HELLO" (HOLA). El equipo sigue en buscade Matt y una salida cuando se encuentran con una chica que camina a otra habitación. Cuando le hacen preguntas, ella se voltea hacia ellos y deforma su cara en una mueca demoníaca a la vez que suelta un grito. La tripulación huye afectada por el pánico, pero Houston se separa de los demás y luego es agredido violentamente por una fuerza invisible que lo ahorca en el aire, lo lanza contra el...