Svenskan såg ut att vara på väg mot sitt första VM-guld i frisim på lång bana.
Men guldet försvann de 15 sista meterna och blev till silver.
Fjolårets OS-guldvinnare Simone Manuel, USA, pressade sig förbi och vann med fyra ynka hundradelar på 52,27.
- Det sitter inte sista 15 meterna, det ska gå inte gå så mycket långsammare, sade en deppig Sjöström när hon kort stannade till i intervjuzonen.
- Det kändes skitbra första 50 meterna. Sedan kände jag vid 75 att jag inte klarar det här, syran satte sig.
"Inte ett bra lopp"
Till SVT sade hon så här efter att ha mottagit sin silvermedalj:
- Det var inte ett bra lopp. Korkat att gå ut så hårt. Jag hade en jättebra känsla innan och visste att jag var i bra form.
- Klart att jag är besviken, men för att jag gick ut hårdare än vad jag skulle göra. Jag skulle ha simmat första 50 lite långsammare.
Ett bittert slut för Sjöström i jakten på guldet i simningens drottningdistans. Hon satte ju världsrekord i söndags på startsträckan i lagkappen med suveräna 51,71 och blev första kvinna under 52 sekunder.
Sedan var hon snabbast både i försöken och semifinalen i går.
Överlägsen vid vändningen
Men redan då varnade hon för att de sista 15 meterna skulle bli hennes viktigaste del i loppet.
Det var där gulddrömmen tog slut.
Sjöström var överlägsen vid vändningen efter 50 meter och ledde med 31 hundradelar före slutliga trean Pernille Blume, Danmark. Öppningen var till och med snabbare – åtta hundradelar – än i världsrekordloppet.
Sjöströms fräcka försök att ta en unik guldfyrling i Budapest sprack därmed. Hon kan dock fortfarande ta en trippel då 50 meter fjäril och 50 meter fritt återstår.
På 50 meter fjäril tog hon sig till final bara dryga timmen efter guldmissen.
Hon var snabbast i semifinalen på 25,30 – fem hundradelar långsammare än i försöken tidigare i dag. Tvåa var amerikanskan Kelsi Worrell på 25,57.