Der siebenjährige François Grimbert leidet darunter, den hohen Anforderungen seiner Eltern nicht gerecht werden zu können. François imaginiert einen Bruder, einen Doppelgänger, bis er an seinem 15. Geburtstag erfährt, dass er einen Halbbruder Simon hatte, der ebenso wie seine Mutter von den Nazis deportiert und ermordet wurde. In Rückblenden und „Schicht um Schicht“ wird das Geheimnis einer Familie, ein Trauma aus der Besatzungszeit, freilegt. Der mittlerweile erwachsene François erzählt in Erinnerungen seine Jugend und wie sich seine Eltern im Exil zusammengefunden haben. In zum Teil leuchtenden Farben springt der Film in die 50er, 60er und 80er Jahre und die Geschichte einer jüdischen Großfamilie wird sichtbar, von deren Existenz François nichts wusste ...

Die Erzählung beginnt in den 50er Jahren. François' Mutter Tania ist begeisterte Schwimmerin, Turmspringerin und Ex-Model, der Vater Maxim Ringer und Athlet. Nur Fran��ois ist mager und ungeschickt und versagt an den Ringen ebenso wie am Schwimmbecken. François imaginiert einen Bruder, einen Doppelgänger, der die Erwartungen der anderen erfüllt, bis er an seinem 15. Geburtstag erfährt, dass dieser erdachte Phantom-Bruder im Grunde ein Wiedergänger aus der Vergangenheit der Eltern ist, der eng mit der Geschichte des Holocaust verbunden ist.
Denn sein Vater hat seine erste Frau Hannah und den gemeinsamen Sohn Simon in Auschwitz verloren. Es ist der mittlerweile erwachsene François, der sich an seine Jugend erinnert. Daran, wie fremd er sich als Kind in seiner Familie gefühlt hat. Und daran, wie Louise ihm wenige Jahre später, nachdem er in der Schule einen Jungen wegen antisemitischer Sprüche verprügelt hat, endlich das Geheimnis offenbart, das sein Familienleben überschattet. Unterbrochen von Szenen aus den 50er, 60er und 80er Jahren erzählt der Film in leuchtenden Bildern die Geschichte von Maxims erster Ehe inmitten einer jüdischen Großfamilie, von François' Bruder Simon, von dessen Existenz er nichts wusste, und davon, wie Maxim und Tania damals im Exil zusammengefunden haben. 
„Ein Geheimnis“ wird umso farbenfroher, je tiefer der Film in die Vergangenheit eindringt. Dagegen macht die Gegenwart mit ihren Schwarzweiß-Bildern einen fast tristen Eindruck und wird gegenwärtiger als die Gegenwart. Nichts geschieht ohne Bedeutung in diesem klugen Film.

„Ein Geheimnis“ ist die Verfilmung des gleichnamigen Buchs von Philippe Grimbert, der nicht nur als Schriftsteller, sondern auch als Psychoanalytiker tätig ist. Es geht um Erinnerung und Verdrängung, um das Hervorholen von Vergessenem und die Einschreibung traumatischer Erlebnisse. Dabei springt Claude Millers Film ausgesprochen flüssig zwischen den Zeiten und fächert auf diese Weise verschiedene Ebenen von Realität auf.