瓊安（茱蒂·丹契 / 蘇菲·庫克森分飾）是個在郊區安享退休生活的平凡老婦人。某天，英國特勤局突然上門，並指控她在二戰期間擔任女間諜，甚至透露建造原子彈的國家機密給敵國俄羅斯。在偵訊過程當中，瓊安回憶起1930年代的劍橋大學，那時她正和一位來自俄羅斯的帥哥里歐（湯姆·休斯飾演）交往，兩人愛得難分難捨，也讓她因此接觸到共產理念。畢業之後，她加入「卡文迪許實驗室」研發核彈機密計畫，卻因為看到原子彈對日本造成的大規模毀滅，而感到十分愧疚。 面對戰爭所帶來的破壞，站在歷史浪頭上的她，究竟該選擇背叛自己的良心，還是背叛自己國家…？