1972, Black River Falls, Wisconsin. Alicia Western, wiskundige met paranoïde schizofrenie in een psychiatrische kliniek overdenkt bij haar psychiater de aard van waanzin, het snijvlak tussen natuurkunde en filosofie, en herinnert zich een jeugd waarin haar grootmoeder haar op zevenjarige leeftijd vreesde. Ze introduceert haar hersenschimmen, maar weigert te spreken over haar broer Bobby – niet helemaal dood, niet helemaal de hare – om wie ze voortdurend rouwt.
Geheel verteld door de weergave van de therapeutische sessies is Stella Maris een intiem portret van rouw en verlangen, waarin een jonge vrouw haar eigen bestaan probeert te begrijpen en daarbij leven en dood bevraagt op het hoogste niveau.