Will, un ancien combattant en Irak ou en Afghanistan, souffrant de stress post-traumatique, vit avec sa fille de 13 ans, Tom, dans le parc d'une forêt primaire près de Portland, en Oregon. Ils vivent isolés, utilisent des techniques de survie en forêt et n'entrent qu'occasionnellement en ville pour se nourrir et se ravitailler. Will gagne son argent en vendant les benzodiazépines qu'il reçoit du centre de soin à un autre vétéran sans logement.
Après que Tom ait été repéré dans les bois par un jogger, ils sont arrêtés par les gardes du parc et détenus par les services sociaux. Evaluée, Tom s'avère être avancé sur le plan éducatif pour son âge bien qu'elle ne fréquente pas l'école. On leur trouve une maison pour vivre dans une ferme d'arbres de Noël dans l'Oregon rural en échange du travail de Will à la ferme. Will commence à contrecœur à emballer les arbres, mais est gêné par les hélicoptères utilisés pour les déplacer. Tom rencontre un garçon qui construit sa propre petite maison et qui la présente au club de jeunes local. Les services sociaux continuent de les contrôler et exigent de remplir constamment des formulaires.
Un matin, Will décide soudainement de partir. Tom suit à contrecœur. Ils retournent à leur camp dans le parc, mais découvrent qu'il a été détruit. Will et Tom essaient de voyager dans un wagon de chemin de fer, puis avec un camionneur qui les emmène dans l'État de Washington et les dépose dans une zone forestière isolée. Le froid et l'obscurité les obligent à construire un abri temporaire de survie en forêt pour la nuit. Le lendemain, ils découvrent une cabane vacante et emménagent. Will part chercher de la nourriture mais ne revient pas. Le lendemain matin, Tom le découvre inconscient au fond d'un ravin avec un pied gravement blessé. Elle reçoit l'aide d'un groupe de nomades voyageant en quads qui les emmènent dans leur communauté de maisons mobiles. Tom refuse de laisser Will être emmené à l'hôpital. Dale, une femme de la communauté, appelle un ami qui est un ancien médecin de l'armée pour soigner la blessure de Will.
Will et Tom reçoivent une remorque vide dans la communauté pendant que les blessures de Will guérissent. Le médecin souffre également de stress post-traumatique et prête son chien d'assistance pour aider Will dans ses cauchemars. Un garçon enseigne à Tom les ruches. Tom aime leur nouvelle maison et essaie de conclure un contrat de location avec Dale, la propriétaire de la caravane, sans le dire à Will. Finalement, Will insiste pour qu'ils partent. Tom proteste, lui disant "Ce qui est mauvais pour toi ne l'est pas pour moi". Après avoir quitté la communauté des caravanes, Tom s'arrête et dit à Will : "Je sais que tu resterais si tu le pouvais". Ils s'étreignent en larmes et se séparent. Tom retourne vers la communauté des caravanes et Will retourne dans les bois. Plus tard, Tom accroche un paquet de nourriture dans la forêt pour que Will le trouve.
Leave no trace trouve son origine dans une histoire vraie qui s'est déroulée à Portland. Une fille et son père ont été découverts alors qu'ils vivaient depuis 4 ans dans la réserve naturelle qui borde la banlieue de la ville. Ils ne s'y aventuraient que pour récupérer la pension d'invalidité du père et y acheter ce qu'ils ne pouvaient pas faire pousser. Malgré ces conditions de vie singulières, l'adolescente était en bonne santé et avait un niveau scolaire supérieur aux gens de son âge. Après avoir été placés dans un hara où le père pouvait travailler, le duo a disparu dans la nature.
Si Leave no trace s'inspire d'une histoire vraie, il s'appuie en réalité sur le roman de Peter Rock qui, fasciné par le mystère qui entoure ce père et sa fille, en a tiré une fiction où il imagine des détails impossibles à connaître.