SONG TO SONG sijoittuu Texasin Austinin musiikkipiireihin, ja seuraa kahta risteytyvää kolmiodraamaa. Provokatiivinen elokuva on tarina seksuaalisesta pakkomielteestä ja petoksesta. BV (Ryan Gosling) ja Faye (Rooney Mara) ovat nuoria lauluntekijöitä, jotka elävät on/off-suhteessa. Kun BV kiinnostuu toisesta naisesta, Amandasta (Cate Blanchett), Faye kostaa salaa BV:n pahimman vihollisen, karismaattisen musiikkituottaja Cookin (Michael Fassbender) kanssa, joka on varastanut BV:n laulujen oikeudet. Cook sen sijaan on pakkomielteisesti nuoren Rhetta-nimisen (Natalie Portman) naisen pauloissa. Tarinan edetessä osa hahmoista tuhoutuu seksuaalisten pakkomielteidensä ja kostonjanonsa vuoksi, samalla kun toiset löytävät elämän ja rakkauden kauneuden. Elokuvassa näyttäytyy myös joukko muusikoita: Patti Smith, Lykke Li, the Black Lips, Iggy Pop, Florence and the Machine ja the Red Hot Chili Peppers.