Therese Belivet (Rooney Mara) es una joven sin muchos recursos que trabaja temporalmente en una juguetería de Manhattan. Tiene un novio, Richard (Jake Lacy), un joven apuesto al que realmente no quiere. Su verdadero sueño es ser fotógrafa, y su talento fotográfico tiene un futuro prometedor, pero Therese todavía no se ha encontrado a sí misma. Todo cambiará cuando, en un largo y monótono día de trabajo, conoce a Carol Aird (Cate Blanchett), una distinguida mujer de clase alta, con fuerte temperamento pero que siempre permanece a la sombra de su marido Harge Aird (Kyle Chandler). Carol le da su dirección para que le sean enviadas sus compras. Guiada por un impulso repentino, Therese le envía una postal navideña. Carol, que pasa por un difícil momento matrimonial y se siente muy sola, responde a la felicitación invitando a Therese a verse. Surgirán entonces la atracción y el cariño entre ambas mujeres, una perturbación a la que Therese no sabe cómo reaccionar, aunque íntimamente sabe que se trata de algo más: está enamorada de Carol. Carol es una historia de dos mujeres que se arriesgan a abandonar sus infelices vidas al aventurarse en una nueva y prohibida relación amorosa.
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