Dos Lunas refleja la lucha interna de Soledad (Mori), una mujer con dos personalidades, una brillante psicóloga capaz de sumergirse en la vida interior de las personas y su alter ego Luna, una misteriosa y sensual DJ que frecuenta el ambiente nocturno de la ciudad de México.

La noche llevará a Luna a conocer a Bruno Freeman (Sbaraglia), un magnate de la música, viudo quien después de pasar los últimos años en California acaba de instalarse en México. Freeman, dueño de un exclusivo bar de moda que sirve como fachada para los negocios turbios presididos por su protegido Charlie (Aldo Gallardo), un joven ambicioso a quien Bruno rehabilitó, trata de reinventarse tras la misteriosa muerte de su mujer, quien lo ha dejado además distanciado de Ana su hija de nueve años.

Ana no habla desde la muerte de su madre y Soledad es la terapeuta encargada de llevar adelante su caso de. Este será el puntapié inicial que llevará a Soledad a convertirse también en terapeuta de Bruno. Bruno, a su vez, se verá involucrado con lo que él cree son dos hermanas distanciadas, una que lo seduce (Luna) y otra que lo enamora (Soledad) y es ese triángulo el que hará que un antiguo secreto del pasado salga a la luz.