A finales de los años 20, un hombre llamado Leonard Zelig (Woody Allen) llama la atención de la comunidad científica cuando se enteran de que el sujeto en cuestión tiene la extraña e increíble habilidad de adoptar la figura física de quien sea que tenga a un lado, es por eso que entre las calles se ha ganado el apodo de "el hombre camaleón". A manera de falso documental, en esta película se presentan las evidencias y testimonios que la psicoanalista Eudora Fletcher (Mia Farrow) ha recabado en un intento por descubrir todo lo que sucede alrededor de este extraño ser. Las sospechas de la doctora se ven contrastadas cuando descubre que la fachada del hombre camaleónico en realidad vienen de problemas afectivos y sociales de su infancia: todo su acto es un medio de defensa para lograr ser aceptado y querido por el público. Con el paso del tiempo, Fletcher y Zelig comienzan a crear una relación que poco a poco escala hasta convertirse en un romance.
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