В центре сюжета драматической киноленты «Семейная тайна» — история жизни одинокого, замкнутого и нерешительного Франсуа Гримберта начиная с раннего детства, юности и до зрелого возраста. Действия начинаются в 1955 году во Франции. Именно тогда от одиночества и нехватки внимания маленький Франсу выдумал себе брата, который является полной его противоположностью — красивый, сильный, храбрый, смелый и решительный. Вместо игры с друзьями мальчик проводит время с вымышленным братом.
Этот факт все больше настораживает и раздражает родителей, в особенности отца, который хочет, чтобы сын занимался спортом, а не сидел дома. Эта детская проблема повлияла на дальнейшую судьбу Франсуа, повзрослев он стал детским психологом, который помогает малышам пережить трудные моменты, те моменты, которые в своем детстве он переживал в одиночку. Однако Франсуа не знал, что вымышленный брат появился в его фантазиях не просто так, этому способствовала семейная тайна.