Après la mort de sa femme, un père de famille dans la soixantaine laisse émerger une part de lui-même longtemps restée dans l’ombre et devient Lilou. Pendant plusieurs années, son fils Tom accompagne sa transition de genre et filme la recomposition des liens qu’elle entraîne au sein de leur famille. Entre tendresse du fils et regard lucide du filmeur, le documentariste français compose un portrait délicat, drôle par endroits, bouleversant par d’autres. Filmé sur le mode de la chronique, Cœur secret suit avec une infinie douceur le chemin vers soi de Lilou. Son parcours personnel se transforme peu à peu en un récit universel sur l’acceptation de soi et la possibilité, parfois tardive, de vivre enfin sa véritable identité.