Catfish on fiktiivinen dokumentti väitetyistä todellisista tapahtumista, jotka paljastuvat fiktioksi. Vai onko dokumentti totta? Sen kysymyksen ympärille rakentuu koko elokuva, jossa valokuvaaja saa yhteydenoton tauluja maalaavalta pikkutytöltä. Yhteydenpito jatkuu Facebookin, puheluiden ja tekstiviestien välityksellä. Valokuvaaja ihastuu pikkutytön isosiskoon ja juttelee myös perheen äidin kanssa. Lopulta asiat saavat outoja käänteitä ja on pakko selvittää, mistä koko jutussa on kyse. Valokuvaajan halpaa handycam-jälkeä kuvaava dokumentaristi-veli seuraa tapahtumia yötä päivää ja katsoja joutuu hymistelemään mukana epäuskoisen virneen ja hämmennyksen vallassa. Jutun haluaa nähdä loppuun, vaikka koko ajan tuntuu vahvasti siltä, että koko homma on puuta heinää.