Året er 1961, og den berømte socialpsykolog Stanley Milgram gennemfører en række radikale adfærds eksperimenter. Han tester folks villighed til at adlyde autoriteter. De medvirkende forsøgspersoner tror, at eksperimenterne handler om evnen til at bruge sin hukommelse, men Stanley Milgram vil teste, hvordan folk reagerer på ordrer, og hvor meget smerte de er villige til at udsætte andre mennesker for - blot fordi de bliver beordret til det. Det hele skal ses i lyset af nazisternes grusomme hierarki under 2. verdenskrig. Filmen 'Experimenter' følger Stanley Milgrams livshistorie før og efter hans eksperimenter.

Filmen udspilles i to parallelle spor, det ene i 1977, hvor 12-årige Ben drager alene til New York for at finde den far, som hans afdøde mor aldrig ville fortælle ham om. Samtidig i 1927 er den døve 12-årige pige Rose stukket af fra sin strenge far for at opsøge sin mor - ligeledes i New York, og de to historier flettes sammen på mystisk vis...