PUZZLE raconte trois histoires d’amour, de passion, et de trahison qui se déroulent à New York, Paris et Rome. Michael (Liam Neeson), écrivain lauréat du Prix Pulitzer, s’est enfermé dans la suite d’un hôtel parisien pour achever son dernier roman. Il a récemment quitté sa femme Elaine (Kim Basinger) et il entretient une liaison orageuse avec Anna (Olivia Wilde) une jeune romancière ambitieuse. Scott (Adrien Brody), homme d’affaires peu scrupuleux, est en Italie pour voler leurs modèles à des maisons de couture. Alors qu’il cherche un restaurant, il tombe sur Monika (Moran Atias), tzigane d’une beauté à couper le souffle, qui s’apprête à récupérer sa petite fille. Mais quand elle s’aperçoit qu’on lui a volé l’argent qu’elle avait économisé pour payer le passeur, Scott se sent obligé de lui venir en aide. Ils mettent alors le cap sur une ville du sud de l’Italie mais Scott commence à se demander s’il n’est pas la victime d’une escroquerie. Julia (Mila Kunis), ancienne actrice de feuilletons télé, se bat avec son ex-mari Rick (James Franco), célèbre artiste new-yorkais, pour obtenir la garde de son fils de 6 ans. Entre la suppression de sa pension alimentaire et ses frais d’avocat, Julia en est réduite à travailler comme femme de chambre dans l’hôtel de luxe où elle avait l’habitude de séjourner autrefois. L’avocate de Julia, Theresa (Maria Bello), a réussi à lui obtenir l’audience de la dernière chance dans l’espoir de se voir enfin confier la garde de son fils. Trois histoires qui vont se révéler liées par un secret...