סצנת הפתיחה של הסרט היא למעשה סצנה שתופיע לקראת סופו של הסרט (טכניקת אין מדיאס רס). בפתיחת הסרט המפקח הראשי של משטרת וינה אול (Uhl) (המגולם על ידי פול ג'יאמטי) מדווח לרודולף, נסיך הכתר האוסטרי הנקרא בסרט "נסיך הכתר ליאופולד" (Leopold), על ניסיונו לאסור את אייזנהיים. אול מספר לנסיך את הידוע לו על אייזנהיים, אך למעשה מספר גם לצופים את סיפור חייו של אייזנהיים: אייזנהיים הוא בנו של נגר פשוט. הילד פוגש יום אחד קוסם נודד המראה לו מספר קסמים ונעלם. אייזנהיים הצעיר (המגולם על ידי אהרון ג'ונסון) מחליט ללמוד לעשות קסמים, ובשל קסמיו מתאהבת בו סופי, הדוכסית פון טשן (דוכסית שצצין). אייזנהיים הצעיר מכין עבור סופי שרשרת עם תא סתרים שבו הניח את תמונתו. עד מהרה אוסרים הוריה של הדוכסית על בני הזוג להיפגש, בשל הבדלי המעמדות. אייזנהיים עוזב את כפרו ושב לווינה 15 שנה מאוחר יותר כאמן אשליות.
בהופעה בה נוכח נסיך הכתר וארוסתו - סופי, מתרשם הנסיך מאשליה בה צומח עץ תפוזים לעיני הקהל מתוך עציץ ריק. בהמשך ההופעה מנדב הנסיך את סופי להשתתף באחד הקסמים. אייזנהיים וסופי מזהים זה את זה, ומתחילים להיפגש בחשאי, אך בלשי המשטרה עוקבים אחריהם ומדווחים על המפגשים למפקח המשטרה. סופי מגלה לו שהיא עדיין מאוהבת בו, אולם היא חייבת להינשא לנסיך הכתר, מסיבות פוליטיות ומשפחתיות.
אייזנהיים מוזמן להופיע בפני נסיך הכתר בארמונו וידידיו מן המעמד העליון, והנסיך מתאמץ לגלות את התכסיסים המאפשרים את האשליות. אייזנהיים מדהים אותו בתכסיס שהוא אינו מסוגל להסביר (מעמיד את חרבו של הנסיך על קצה חודה, ואנשי החצר מנסים ללא הצלחה להרים את החרב מהרצפה, אולם, בדומה לסיפור אקסקליבר, אייזנהיים מאפשר רק לנסיך להרימה). הנסיך נעלב מהצגה זו ומורה לאול לסגור את המופע, כפי שהורה לו כבר בסצנת הפתיחה.
סופי מגיעה לביתו של אייזנהיים להזהירו, והשניים מגלים אחד לשני את אהבתם ומקיימים יחסי מין. סופי מספרת כי הנסיך מתכוון להדיח את אביו, הקיסר פרנץ יוזף, לאחר שינשא לה וינצל את ההשפעה הפוליטית של משפחתה. אייזנהיים מציע שהם יברחו יחד, כפי שהבטיחו זה לזה בילדותם, אולם סופי אומרת שכל עוד הנסיך חי הוא ירדוף אחריהם ויהרוג אותם.
בלשיו של אול מגלים כי סופי הייתה עם אייזנהיים. ליאופולד מגיע לביתו, משתכר, מקשיב להחלטתה של סופי לא להינשא לו, כועס ומכה אותה. סופי רצה לאורווה, וליאופולד רץ אחריה עם חרבו בידו. לאחר מכן רואים את גופתה של סופי מונחת על גבי סוסה הנמלטת מהאורווה. מאוחר יותר חוזרת הסוסה לבדה עם כתם דם גדול ליד האוכף. קבוצה גדולה של גברים מחפשים את סופי ביערות ומוצאים את גופתה מוטלת בנהר. אייזנהיים רץ ראשון אל הגופה ומחבק אותה. רופא המשפחה מעדכן את אול כי סופי נפטרה מאבדן דם בשל פגיעת חרב בצווארה, ובנוסף מעדכן כי בשמלתה התגלתה אבן חן אדומה. אול לוקח את האבן הזו, המעוררת בו מחשבות רבות.
לאול אין סמכות לחקור אירוע שהתרחש בבית נסיך הכתר, ואדם אחר (שברור לכולם שאינו אשם) נאסר בגין הרצח. אייזנהיים, המתאבל על מותה, מכין מופע חדש בתיאטרון חדש שבו הוא מעלה מן האוברוחות רפאים של מתים.
הנסיך מחליט לצפות בהופעה בתחפושת. בהופעה זו מעלה אייזנהיים מן האוב את סופי הטוענת שרוצחה נמצא בקהל. אול מבקש מאייזנהיים להפסיק מייד הופעותיו אלה המאיימות על המשטר, אחרת יאסר בעוון מרמה. כמו כן אול מבקש מאייזנהיים כי יפסיק להעלות את רוחה של סופי, אך אייזנהיים אומר שימשיך לעשות זאת על מנת להיות על הבמה ביחד עם אהובתו. כאשר הוא מעלה את סופי בשנית, אול עוצר את אייזנהיים, למרות התנגדות הקהל. מחוץ לבניין המשטרה ממתינה קבוצה גדולה של מאמיניו. אייזנהיים יוצא למרפסת ומודיע לקהל אוהדיו כי כל הופעתו היא אשליה, ומטרתו היחידה היא לבדר את קהליו. הוא מבקש מהם לשוב לבתיהם, משום שהוא אינו מעלה רוחות מן האוב. בכך הוא שומט את הקרקע תחת אשמת המרמה.
ליאופולד מורה על מאסרו של אייזנהיים. אול מכין שוטרים רבים לקראת המאסר ובאמצע המופע, כאשר מופיעה רוחה של סופי ומספרת כי בעת שנרצחה ענדה את השרשרת שלה, עולים השוטרים לבמה לאוסרו, אך הוא נעלם מעיניהם ומעיני הקהל באולם.
אול מחפש בביתו של אייזנהיים, ומוצא מחברת ועליה כתוב "עץ התפוז". בתוך המחברת ישנו תרשים של השרשרת של סופי והסבר איך לפתוח אותה. אול נזכר שראה את המדליון וחוזר בשלב מסוים לחפש אחריו.
בשלב זה חוזרים הצופים לסצנה הראשונה של הסרט, בה מספר אול ללאופולד כי מצא מידע המקשר אותו לרצח (הוא גילה את השרשרת באורוות הנסיך, וכן יהלום נוסף מתוך חרבו של הנסיך באורווה) וכי שלח את החרב ומכתב שבו פירט גם על ניסיון ההפיכה, לאביו של הנסיך.
חייליו של הקיסר מגיעים לארמון לאסרו, והנסיך בוחר להתאבד בירייה. כאשר אול עוזב את הארמון המלכותי נותן לו ילד מחברת ועליה כתוב "עץ התפוז" - בתוכה תרשימים מפורטים והסברים כיצד מבוצעת האשליה. אול שואל את הילד מהיכן קיבל את המחברת, והילד אומר שאייזנהיים נתן לו אותה. אול מגלה שכייסו אותו ולקחו את השרשרת של סופי, ורואה במרחק את אייזנהיים מחופש. אול רודף אחריו ללא הועיל. במהלך המרדף מופיעה בראשו סדרה של תמונות וזכרונות, והוא מבין כי הכל היה אשליה - סופי מעולם לא נרצחה, אבני החן הוצאו מהחרב במהלך המופע, ורופא המשפחה היה בעצם שותף של אייזנהיים.
צלם הסרט הראשי, דיק פופ, היה מועמד לפרס אוסקר בגין צילומי הסרט.
הסבר לפעלולים שהופיעו בסרט
מרבית האשליות המופיעות בסרט אינן מוסברות, בעיקר לא הקטע שבו אייזנהיים נעלם, או הופעות של נשמות כמו בהולוגרמה על הבמה, אולם בחלקן המזערי, כן נותן אייזנהיים הסבר לאול. כך למשל מסביר אייזנהיים כיצד הוא יכול לנחש באיזה יד מוחבא כדור אדום (קודם לכן הוא מבקש ממחזיק הכדור להצמיד את היד למצחו למשך כדקה, וכך זורם ממנה הדם וצבעה בהיר יותר מהיד השנייה), וכן תרשימים מראים כיצד עץ התפוז צומח לעיני הקהל. במהלך הסרט, אנשי המשטרה מציעים הסבר לרוחות המוצגות על ידי אייזנהיים - באמצעות הקרנת סרט על גבי עשן.
אשליות אלה מזכירות את האשליות שבוצעו באותה עת בתיאטראות אירופה על ידי אמני אשליות כגון ז'אן רובר-אודן (אשר המציא את אשליית עץ התפוזים) ועל ידי ג'ון פפר שהמציא את רוח הרפאים של פפר.
