À la suite d'Une vraie jeune fille et 36 Fillette, À ma sœur complète le triptyque adolescent de Breillat. Après Alice et Lili, Elena, d'une beauté irrésistible, convoque le moment fatidique de la première fois. Un processus de défloration que la réalisatrice dissèque au scalpel dans de longs plans-séquences, sous le regard plus envieux que gêné d'Anaïs, la cadette boulotte qu'elle traîne « comme un boulet ». Les deux sœurs avancent ensemble dans cette période délicate, de bouderies sur la plage en scènes de lit complices, alors que la chronique naturaliste d'un flirt de vacances se pare soudain d'une tension extrême, jusqu'à l'horreur d'un événement inattendu.