"Sanitarium" składa się z trzech opowieści, które obejmują tematykę zjawisk paranormalnych, niewytłumaczalnych i mistycznych. Wszystkie historie rozpoczynają się od słów doktora Stevensona (Malcolm McDowell) przedstawiającego kolejno pacjentów przebywających w szpitalu psychiatrycznym. Każdy z nich posiada charakterystyczne objawy psychozy; halucynacje, urojenia i stany lękowe. Poprzez badanie narracji obłąkanych wnikamy w ich najgłębsze zakamarki umysłu.
Historia pierwsza: Zdziwaczały artysta, Gustav (John Glover), tworzy w domu, a przyjaciele promują jego pracę. Kiedy mężczyzna wystawia nowy projekt, zaczyna słyszeć głosy lalek stworzonych przez siebie.
Historia druga: Ośmioletni Steven (David Mazouz) dostrzega wszędzie tajemniczą postać w czarnym płaszczu. Zaniepokojona zachowaniem chłopca nauczycielka (Lacey Chabert) wzywa jego ojca (Chris Mulkey) do szkoły, lecz gdy kobieta nabiera coraz więcej podejrzeń, udaje się do ich domu.
Historia trzecia: Wykładowca, James (Lou Diamond Phillips), zostaje zwolniony za swoje poglądy i treści przekazywane studentom. Wierząc obsesyjnie w zbliżający się koniec świata i inwazję kosmitów, trwoni rodzinne pieniądze i buduje schron, w którym następnie zamieszkuje.