אמילי (רוני מארה) ומרטין הם זוג מצליח שמנהל חיים יציבים ונעימים, אך אמילי מתמודדת עם דיכאון וחרדה שמפריעים לה לתפקד באופן מלא. לאחר פגישה עם הפסיכיאטר שלה, הוא רושם לה טיפול תרופתי חדש שמטרתו לסייע לה להתמודד עם מצבה הנפשי. בתחילה, התרופה נראית מבטיחה, אך מהר מאוד אמילי מתחילה לחוות תופעות לוואי לא צפויות שמשפיעות על התנהגותה ועל מצבה הנפשי באופן בלתי צפוי. תופעות הלוואי הללו גורמות לה להידרדרות מנטלית שמביאה לסיבוכים משמעותיים בחייה האישיים והמקצועיים. מקרה זה מעורר חשדות ומערב את הפסיכיאטר (ג'וד לאו) שנאלץ להתמודד עם השלכות הטיפול והסודות שמאחורי התרופות החדשות. ככל שהסיפור מתפתח, מתברר שהטיפול התרופתי אינו פשוט כמו שהוא נראה, והקשר בין אמילי לרופא שלה מתערער תחת הלחצים הגוברים של המציאות. לצד זאת, מרטין (צ'נינג טייטום) מנסה לתמוך באמילי ולשמור על יציבות המשפחה, אך גם הוא מוצא את עצמו מתמודד עם שאלות מוסריות ומשפטיות בעקבות המצב המתפתח. הסרט מתמקד במתח הפסיכולוגי, בחשיבות האמון בין מטופל לרופא ובסכנות הטמונות בשימוש בתרופות פסיכיאטריות חדשות ללא הבנה מלאה של ההשפעות שלהן. במרכז העלילה עומדת השאלה כיצד תופעות הלוואי הלא צפויות יכולות לשנות חיים שלמים וכיצד ניתן להתמודד עם ההשלכות של החלטות רפואיות שנראות בתחילה פשוטות. הסרט מציג גם את המורכבות של מערכת הבריאות והאינטרסים הכלכליים שמסתתרים מאחורי פיתוח התרופות, ומעלה תהיות על האתיקה המקצועית של הרופאים והחברות התרופתיות. לאורך העלילה, מתגלה כי לא כל מה שנראה הוא כפי שהוא, והדמויות נאלצות להתמודד עם האמת המורכבת שמאחורי הטיפול התרופתי. בנוסף, הסרט מדגיש את הקושי להבחין בין סימפטומים אמיתיים לבין השפעות התרופות, ואת ההשלכות המשפטיות והאישיות שיכולות לנבוע מכך. בסופו של דבר, "תופעות לוואי" הוא מותחן פסיכולוגי שמערער על ההנחות שלנו לגבי בריאות הנפש, אמון במערכת הרפואית והגבולות בין טיפול לרמאות.
