סטיוארט שפרד (קולין פארל) הוא פרסומאי מלא ביטחון שמבלה את ימיו בלב מנהטן, עטוף בחליפות יקרות ושעון מזויף. אחת ההרגלים שלו היא לבקר בקביעות בתא טלפון ציבורי קטן ולשוחח בטלפון עם פמלה, שחקנית צעירה, כדי לשמור על פרטיות השיחות. יום אחד, השגרה שלו משתבשת כשמתקשר אליו אדם מסתורי שמאיים עליו בחייו ומכריז שאם ינתק את השיחה, יירה בו. סטיוארט מוצא את עצמו לכוד בתוך תא הטלפון, תחת איום מתמיד של רוצח מסתורי שמפעיל אותו מרחוק.
המתח גובר ככל שהשפרד נאלץ להקשיב להאשמות הקשות שהרוצח מפנה אליו, כשהוא מאשים אותו בחטאים ובמעשים אפלים מהעבר. בזמן שהשוטרים מתאספים מחוץ לתא, חושדים בו ברצח, סטיוארט נאבק לשמור על קור רוחו ולמצוא דרך להיחלץ מהמצב המסוכן. העלילה מתרחשת בזמן אמת, מה שמעצים את תחושת הלחץ והדחיפות, והסרט כולו מתפרש לאורך שמונים דקות המתחברות לסיפור אינטנסיבי ומותח. הדינמיקה בין סטיוארט למתקשר המסתורי חושפת לאט לאט רבדים שונים באישיותו ובחייו, כשהוא מתמודד עם האמת הקשה שמאחורי מעשיו. הסרט מציג משחק מצוין של קולין פארל בתפקיד הראשי, שמצליח להעביר את הלחץ והפחד של אדם שנמצא במצב בלתי אפשרי, בעוד שהשוטרים והעוברים והשבים מחוץ לתא אינם יכולים לסייע לו. "תא טלפון" הוא דרמה מותחת שמעמידה במבחן את גבולות האמון, האומץ וההישרדות של אדם תחת איום מוות ישיר. במהלך האירועים, סטיוארט מנסה לשכנע את המתקשר לחשוף את סיבות האיום ולגלות מי עומד מאחורי המניפולציה הנפשית. השוטרים, ביניהם דמויות כמו פורסט ויטאקר, מנסים לנהל משא ומתן ולהבין את המניעים, אך מתקשים לפענח את ההתרחשויות בזמן אמת. במקביל, הקהל הצופה מתמקד במתח הפסיכולוגי ובאינטראקציה בין הדמויות, כשהסיפור חושף את הפגיעות והכישלונות של סטיוארט, לצד הצורך שלו למצוא פתרון יצירתי כדי לשרוד. כל אלה הופכים את הסרט לחוויה קולנועית ייחודית המשלבת מתח, דרמה ופסיכולוגיה, עם בימוי מדויק של ג'ואל שומאכר ושחקנים מובילים שמביאים את הדמויות לחיים באופן משכנע.
