La pellicola, classificata come fantascienza psicologica, ruota intorno alle vicende di Donald "Donnie" Darko, interpretato da Jake Gyllenhaal, un adolescente che soffre di schizofrenia, che cerca di tenere sotto controllo con farmaci appositi e con la guida di una psicologa, Lilian Thurman. La notte del 2 ottobre del 1988, mentre il padre si addormenta guardando il confronto elettorale da Geroge Bush sr. e Michael Dukakis, e giusto pochi attimi dopo che Elisabeth, la primogenita, è rincasata da un'uscita fuori, sulla casa dei Darko si abbate il motore di un aereo. Gli effetti sono devastanti: distrugge il tetto e finisce per rovinare nella stanza di Donnie, esattamente sopra il suo letto. Per fortuna di quest'ultimo, però, il ragazzo era stato preda di uno dei suoi soliti attacchi di sonnambulismo, risvegliandosi il giorno dopo con sul braccio scritto con un pennarello il countdown per la fine del mondo: 28 giorni, 6 ore, 42 minuti e 12 secondi. A consegnarli questa informazione è stato, nel delirante vagabondaggio sonnambolico di Donnie, un essere vestito con un costume integrale da coniglio grigio con un ghigno inquietante sulla faccia.
Già solo questi elementi costituirebbero un ottimo inizio per qualunque film. Donnie Darko, però, oscilla per tutta la pellicola tra il racconto surreale delle vicende di un ragazzo schizofrenico che sta cercando di districarsi tra le allucinazioni che lo tormentano nel corso dei 28 giorni successivi, e l'idea che queste allucinazioni non siano, in realtà, indotte dalla sua malattia. Il finale, in cui il motore cade realmente addosso a Donnie mentre si trova nel suo letto, sembra quasi suggerire che l'intera pellicola sia stata, in realtà, l'ultimo deliro premorte del ragazzo. Ci sono, però, alcuni elementi che suggerirebbero, invece, una lettura un po' più fantascientifica.