Em Nova Iorque, no início da década de 1950, Therese Belivet (Rooney Mara) trabalha numa loja em Manhattan e sonha com uma vida mais gratificante quando conhece Carol Aird (Cate Blanchett), uma mulher sedutora presa a um casamento fracassado. Uma ligação surge entre ambas, levando a que a inocência do primeiro encontro dê lugar a uma relação profunda. Quando o envolvimento de Carol com Therese se torna público, o marido de Carol, Harge Aird (Kyle Chandler) retalia, pondo em causa a sua competência como mãe. Com Carol e Therese a fazerem-se à estrada, deixando para trás as suas respetivas vidas, um confronto vai colocar à prova as convicções de cada mulher sobre si mesma e o compromisso para com a outra. Carol baseia-se no romance de Patricia Highsmith.

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