В конце 2008 года на экраны кинотеатров выходит драма «Сомнение», поставленная по Джона Патрика Шенли. Помимо самой Адамс, исполнившей роль молодой и наивной монахини сестры Джеймс, в актёрском составе картины были Мерил Стрип, Филип Сеймур Хоффман и Виола Дэвис. О кастинге на эту роль Адамс узнала от своей коллеги по фильму «Чистка до блеска» Эмили Блант, однако когда она пришла на пробы ей сказали, что роль уже отдана другой актрисе. Но Шенли в итоге всё же выбрал Адамс, объяснив своё решение тем, что "«она обладает этой неуловимой чертой Ингрид Бергман, каким-то внутренним светом. Глядя на неё, вы видите хорошего человека, сопротивляющегося мерзостям этого сложного мира, и, несмотря на свой острый ум, продолжающего нести в себе эту особую духовную невинность. К тому же у неё прекрасное сияющее лицо»". Находясь на одной съёмочной площадке с такими профессионалами как Стрип и Хоффман, Адамс, по её собственному признанию, испытывала "«неуверенность, чувство сомнения, желание соответствовать этим выдающимся актёрам»". Критики хорошо приняли фильм, а роль Адамс была ими отмечена как "«наименее показная»" среди основных четырёх партий. Однако Манола Даргис, кинокритик из газеты "The New York Times", назвала её игру "«неуверенной»", а Тодд МакКарти из журнала Variety сказал, что "«Адамс в роли молодой симпатичной монахини не делает ничего, что не смогла бы сделать любая другая актриса»". Мик Ласаль из "San Francisco Chronicle" в своей статье выразил противоположное мнение: "«Одним из главных достоинств ленты является присутствие в ней Адамс, которая своей интерпретацией роли Сестры Джеймс, в общем-то предназначенной лишь для усиления экранного образа Сестры Элоизы, делает юную монахиню совершенно особенным и интересным персонажем»". За участие в этой картине Адамс была номинирована в категории Лучшая женская роль второго плана на 81-ю премию Американской киноакадемии «Оскар», премию «Золотой Глобус», премию Гильдии киноактёров и премию Британской киноакадемии.