1949年,全国解放前夕,作为国民政府逃台的最后一站,厦门上演着惨烈的生死谍战。年轻的国民党军上尉黄灿森(连凯 饰)深深爱上了教会女子学院的钢琴教师李莱亚(张铮 饰)。而李莱亚却是共产党的地下工作者,她神不知鬼不觉地传递各种情报信息。战事逼近,国民党大势已去,黄灿森希望李莱亚一起去台湾。李莱亚与黄灿森相约在“黑猫”酒吧见面。但就在见面之前,黄灿森却受命负责在“黑猫”酒吧击毙钢琴演奏者。黄灿森携带填满子弹的手枪前往赴约……
60多年后,2012年,在厦门鼓浪屿上,阿明(张默 饰)和李清子(林逸欣 饰)是一对恋爱多年的恋人,李清子在鼓浪屿上练琴,期望有朝一日能出国深造。网络黑客高手王阿明成天宅在家里,沉浸在自己的网络天地里,以破解各种网络密匙,闯进防护严密的隐蔽网络空间为最大乐趣。一次偶然的机会,阿明发现一座立于1949年墓碑上刻着半首乐曲,这是一首密码曲,阿明破解了其中的秘密。从此,阿明的生活卷入了一场“黑幕“之中,甚至莫名被杀手(动力火车 饰)追杀……。干练勇敢的瓦莱丽(娜奥米·沃茨 Naomi Watts 饰)是CIA“打击核扩散”部门的一名秘密特工,正受命在伊拉克调查大规模杀伤性武器的存在可能,然而调查中却根本没发现任何正在进行的核武器计划,这与很多美国官员预期的结果大相径庭。瓦莱丽的丈夫乔(西恩·潘 Sean Penn 饰)是一名外交官,被委托在非洲调查当地是否曾向伊拉克贩卖浓缩铀,而其结果也与瓦莱丽一样,毫无发现相关迹象,随后,乔在《纽约时报》发表了社论,详细阐述了他的调查结果,没想到却引发了一场极其激烈的舌战。瓦莱丽也受到了致命的牵连,她的特工身份很快被泄露给了一名华盛顿时事记者,她在海外的工作变得寸步难行,甚至危及到自身和同事的安全,家人朋友也无法承受地离她而去。这究竟是个偶然还是刻意陷害?面临工作和生活即将崩溃的边缘,瓦莱丽不得不忍辱奋力站起,以单薄的身体对抗这一切背后强大的阴谋……。