故事主要發生於日本水無。壹名叫福田孝的男童在水無站車站大堂撿拾到壹張由水無站往深川町站的定期乘車券，接著遇到壹名黑衣女士，預言他會死去。後來福田孝在乘搭列車期間，遭青沼八重子拉出車廂。
木村範子為福田孝的同學，在追查其下落期間，同樣撿拾到同壹張定期乘車券，後來也在車站中失蹤。另壹邊廂，須滕茂在列車中撿拾到壹個手鐲，並送給滕田香苗佩戴，後來當她知道手鐲只是遺失物，打算脫下手鐲，還回須滕茂，但不成功；同壹時間，須滕茂失蹤。
滕田香苗在水無站重遇須滕茂，在追究手鐲壹事之時，被青沼八重子附身的須滕茂想殺死她，爭執下，藤田香苗誤將其推下路軌，須滕茂因而遭剛駛到車站的列車輾死。臨死前，恢復常態的須滕茂囑咐滕田香苗：“小心八重子！”
《車靈》劇照(20張)
同壹時間，司乘久我俊壹因在同月連續4次在駕駛列車時，在水無隧道遇到青沼八重子時緊急剎車，延誤列車班次，加上三葉電鐵有限公司避免引起乘客不安，他被調職至失物部。在失物部，他遇上川村，得知壹些“鐵路傳聞”。
木村奈奈，是木村範子的姐姐。在遇上福田孝和其妹失蹤後，特意到福田孝的家中查找兩人下落，但卻發現“屍變”的福田孝和精神失常的福田太太。
奈奈在警局落口供後，遇到剛接受完關於須滕茂身亡的口供的滕田香苗，結合身邊發生的這些事情，奈奈發覺事情並不簡單。
久我俊壹無意間在閉路電視中發現木村範子於淩晨2時30分的車站出現，便通知了木村奈奈，並發現其背後有壹“人影”；與此同時，木村奈奈發現全部失蹤者的相片也被壹層“黑影”籠罩，兩人同時察覺事件的復雜性。
可惜，由於久我俊壹為了重任司乘壹職，沒有對木村奈奈伸出援手。木村奈奈因此感到失望，加上因為擔心母親的心臟病，更想盡快找到妹妹，但面對這情形，大感傍徨無助。另壹方面，滕田香苗因須滕茂身亡壹事遭朋友猜忌，感到傷心難過。後來兩人偶遇，相談有關之事，使雙方亦感事情絕非簡單，打算合力調查。另外，久我俊壹在川村口中得知水無隧道壹個轉角位壹些資料，早在當年挖掘隧道時，工人發現壹個“邪門東西”，雖已被掩蓋，並繞道而行，但仍被懷疑與“冤魂索命”事件有關；他更無意中發現川村所搜集到的有關青沼八重子的資料。
《車靈》截圖(18張)
正當兩人打算進水無站調查時，木村奈奈接到母親病重消息，先行趕回醫院，由滕田香苗先作調查。在調查期間，滕田香苗更差點遭青沼八重子殺害，幸得青沼相救。她的兒子裕樹亦是受害者，連她自己也因而弄致右眼瞎了，亦因為如此，她可以“見鬼”，並道出其手鐲為青沼八重子遺物，而且勸她不要再去鐵路站附近。
木村奈奈得知滕田香苗遇上意外，趕去水無站。發現同樣在調查中的久我俊壹，木村奈奈因而感到憤怒，認為他在隱瞞事件，被斥罵他這樣做會害死更多人。
久我俊壹心感慚愧，於是帶木村奈奈見川村，但發覺川村已遭青沼八重子殺害。久我俊壹感到非常憤怒，不想再有人傷害，於是決心聯同木村奈奈調查事件。他們從川村所搜集的資料中，發現青沼八重子為了尋找自己的嬰兒而不斷害人，他們決定到肇事地點查看。剛巧，幸免於難的滕田香苗向木村奈奈報平安，木村奈奈向滕田香苗說出她要到水無隧道查找真相，滕田香苗屢勸無效，遂與青沼阻止他們。但在期間，滕田香苗被“兇靈”所害，慘遭列車撞死，臨死前囑咐青沼要救木村奈奈。
三更時份，久我俊壹和木村奈奈到車廠準備啟動列車，碰巧青沼來到，告之木村奈奈有關滕田香苗的死訊和遺言，然而這也無法阻止他們。於是就與兩人***同駛到水無隧道，到達目的後，久我俊壹被青沼要求留守原位，青沼和木村奈奈入內調查。忽然，兩人遇上青沼八重子，遭其襲擊，因而進入其“回憶”，發現青沼八重子亦是受害者之壹。青沼八重子撿到壹個手鐲，慘遭“兇靈”從水無隧道上的水無中央公園墜落於行駛中的列車車頂，進入水無隧道後在轉彎處被甩出去，然後再被“兇靈”拉走，遺下壹名女嬰。
當兩人回到現實後，木村奈奈發現青沼懷疑被青沼八重子附身，感到驚慌，退縮壹角時意外發現當年的“原水無隧道通道”，於是走進查看。在當中，發現了那“邪門東西”，並留意到它和相片中的“黑影”輪廓相似。然後，木村奈奈發現壹個“亂葬崗”，並找回其未“屍變”的妹妹。準備帶她離開時，青沼八重子從後襲擊，被青沼阻止，最後青沼八重子魂飛魄散，青沼身亡，臨死囑咐兩人盡速離開；同時，木村奈奈發現青沼身上有壹塊印記，和當年那女嬰相同位置和形狀，她就是當年的女嬰。
離開之際，突然壹群受“邪門東西”控制的“兇靈”追殺她們。在逃走期間，木村奈奈誤踏機關而踏空，其妹救她時，有壹“兇靈”打算偷襲她；木村奈奈為救妹妹，將那“兇靈”拉下懸崖，自己也因而向下跌。這個時候，滕田香苗的靈魂救了她壹命，拉她上來；然後由久我俊壹拉她上地面，帶她和其妹逃走。同壹時間，大量“兇靈”走出來，久我俊壹用列車輾過他們，離開水無隧道。
期後，久我俊壹為了“徹底解決”，帶同炸藥到“原水無隧道通道”，並炸毀它，將內裏的“邪門東西”和“兇靈”壹並消滅。後來他到警局自首，受控制的“兇靈”因而得到釋放。最後，木村奈奈在車站重遇滕田香苗的靈魂，兩人相視而笑。