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'식물에도 영(靈)의 세계가 있다'는 주제로 논문을 쓰려는 창일(이순재)은 지도교수인 최성호(김석훈)에게 연구를 위해 불당골을 찾아가겠다고 말한다. 성호의 딸 정주(윤정희)는 창일과 연인 사이, 창일과 정주는 흑묘원의 고광재 박사(허장강)를 찾아가 논문을 도와달라고 부탁한다. 한때 식물학계의 권위자였던 고박사는 유모와 함께 흑묘원에서 은거하고 있다. 고박사는 창일과 정주에게 며칠 쉬어가라고 한다. 그날 밤 정주는 창밖에서 산발한 여자를 목격하고 경악한다. 창일은 고박사와 유모에게서 이상한 기운을 감지하고 고박사의 행동을 유심히 관찰한다. 한편 창일과 정주의 편지를 받은 최성호 교수는 고박사가 이미 5년 전에 죽은 사람이라며 자신이 그곳에 가보겠다고 한다. 고박사의 미심쩍은 행동을 관찰하던 창일은 고박사를 미행하다가 그의 일기를 보게 된다. 일기에 쓰여진 고박사와 과거가 밝혀진다. 수십년 전 불당골에 살던 광재는 옥녀(강미애)라는 처녀를 짝사랑하고 있었는데, 옥녀는 성호와 서로 사랑하는 사이였다. 성호와의 결혼을 반대하는 부모 때문에 성호와 옥녀는 함께 도망가기로 하는데, 이를 알게 된 광재는 떠나려는 옥녀를 겁탈하고 실수로 그녀를 죽이게 된다. 성호는 홀로 떠났고, 괴로워하던 광재 또한 일본으로 유학을 가서 식물학 박사가 되어 수미(이빈화)와 결혼해 고향으로 돌아온다. 그런데 아내인 수미가 시름시름 앓으며 옥녀의 환영에 시달린다. 아내의 병에 이상한 느낌을 갖고 있던 광재 앞에 옥녀의 귀신이 나타나 그를 유혹한다. 귀신에 홀려 동굴까지 오게 된 광재는 그곳에서 이상한 꽃을 발견하고 실험실로 가져오는데, 그 꽃이 바로 옥녀의 혼이었다. 사람의 피를 주면 그 꽃은 옥녀가 되어 나타나는데, 시들지 않고 당신 곁에 영원히 있고 싶다는 옥녀의 말에 광재는 살인을 시작한다. 마침내 옥녀는 광재에게 수미의 피를 요구하게 되고 광재가 갈등하는 와중에 수미는 병이 깊어져 결국 죽고만다. 아내마저 잃고 절망한 광재는 옥녀가 자신의 모든 것을 앗아갔다며 꽃을 뽑아버리지만, 아무리 뽑아버려도 꽃은 다시 피어난다. 이러한 사연을 알게 된 창일은 위험을 직감하는데, 광재 또한 자신의 비밀이 드러난 것을 눈치채고 그들을 죽이려 한다. 한편 유모는 자신이 모시는 광재가 또 다시 살인을 하려 하자 옥녀의 혼이 담긴 꽃에 신령의 그림을 가져가고 그로 인해 옥녀의 귀신은 사라지고 꽃만 남는다. 창일과 정주를 추격하던 광재 또한 이 순간 고통에 빠진다. 광재는 실험실로 돌아와 꽃을 들고 동굴로 가는데 동굴이 무너져 광재와 꽃은 함께 돌더미에 묻힌다. 뒤쫓아온 창일과 정주는 이를 목격하고 이들을 찾으러온 성호와 함께 흑묘원을 떠난다. (영화)