Vol. I:
NYMPHOMANIAC ist die wilde und poetische Geschichte der Reise einer Frau von ihrer Geburt bis zu ihrem fünfzigsten Lebensjahr, die von der Hauptdarstellerin, der selbstdiagnostizierten Nymphomanin Joe (Charlotte Gainsbourg) wird. An einem kalten Winterabend findet der einsame Junggeselle Seligman (Stellan Skarsgrd) die zusammengeschlagene Joe in einer Gasse. Er nimmt sie mit in seine Wohnung, wo er ihre Wunden versorgt und ihr Fragen über ihr Leben stellt. Er hört ihr aufmerksam zu, während Joe über die nächsten acht Kapitel die lustvolle, verzweigte und facettenreiche Geschichte ihres Lebens erzählt.

Vol. II:
Eine ganze Nacht lang reden Seligman (Stellan Skarsgrd) und Joe (Charlotte Gainsbourg) miteinander. Joe erzählt dem Junggesellen, der sie mit in seine Wohnung genommen hat ihre Lebensgeschichte:
Ihre erotischen Abenteuer und schonungslosen Experimente geraten zunehmend zu einem Zwang. Die Schilderung ihrer Suche nach Sex, nach Lust und nach Befriedigung ist für Seligman faszinierend, immer wieder versucht er, Erklärungen zu finden.