El protagonista, Leonard (Joaquín Phoenix), es un judío treintañero un tanto infantilizado y extraño, aunque de una gran bondad, que sufre un trastorno bipolar y todavía vive en la casa que sus padres tienen en Brooklyn. Su vida anodina, insulsa y asfixiante, como su habitación, le coarta la capacidad de decidir qué es lo que debe hacer en la vida, pues carece de algo elemental y necesario: de perspectivas de futuro. Está, en definitiva, perdido y sin horizontes tras un fracaso amoroso que no es capaz de superar.
En medio de todo ello recibe, sin haberlo pedido, un regalo muy especial: conoce a una joven, también judía, llamada Sandra (Vinessa Shaw), una chica morena de mirada arrebatadora que se enamora de él, que lo quiere tal y como es, sin importarle las cicatrices que porta en el brazo. Leonard también se enamora de ella. Es un amor correspondido, un amor verdadero. Pero entonces surge un dilema cuando Leonard conoce a su vecina Michelle (Gwyneth Paltrow), una rubia perturbada, inestable y drogadicta. Conforme transcurre la película Leonard va acercándose cada vez más a ella y, por consiguiente, alejándose de Sandra.
A pesar de su maravillosa experiencia con Sandra, Leonard se deja arrastrar por el amor idealizado, quimérico y de ensueño que ve en Michelle, un amor irreal, un amor proyectado como una liberación, como una rebelión contra una vida de la que se siente íntimamente avergonzado, sobre la que piensa que escapando se acabarán sus problemas y se convertirá en una especie de apacible cuento, transformándose así en una existencia sin sufrimiento. Este deseo, este falso amor que no está ligado a cosas concretas, esto es, a unas raíces, a un sustento, y que profesa, creyéndolo verdadero, hacia Michelle, le hace evadirse de la realidad, le crea una gran confusión. Quizá piensa que sus padres y los de Sandra proyectan su unión a través de un prisma económico. Pero, aún con sus defectos, sus padres, Rubén (Moni Moshonov) y Ruth (Isabella Rossellini), solo anhelan su felicidad, como se demuestra en la escena de Leonard y su madre en la escalera.
Gracias a unos personajes muy bien trazados y encarnados por sus actores principales, Two lovers se convierte en una interesantísima y profunda reflexión sobre el amor real y el amor idealizado, sobre el amor correspondido y no correspondido, sobre la felicidad y la vida.