Valerie Plame (interpretada por Naomi Watts), uma agente secreta competente e corajosa da divisão de "Combate à Proliferação Nuclear" da CIA, foi incumbida de investigar no Iraque a possível existência de armas de destruição maciça. Contudo, durante a investigação, não encontrou qualquer indício de planos de armas nucleares em curso, um resultado bastante diferente do esperado por muitos oficiais norte-americanos. O seu marido, Joe (interpretado por Sean Penn), um diplomata, foi encarregado de investigar em África se o local teria vendido urânio enriquecido ao Iraque, e as suas conclusões, tal como as de Valerie, também não revelaram quaisquer sinais relacionados. Posteriormente, Joe publicou um editorial no The New York Times detalhando as suas descobertas, o que, inesperadamente, desencadeou um debate extremamente acalorado. Valerie foi fatalmente envolvida: a sua identidade como agente foi rapidamente revelada a um jornalista político de Washington, tornando o seu trabalho no estrangeiro extremamente difícil e colocando em risco a sua segurança e a dos seus colegas. A sua família e amigos, incapazes de suportar a pressão, afastaram-se dela. Será isto um acaso ou uma armadilha deliberada? Perante o colapso iminente da sua carreira e vida pessoal, Valerie vê-se forçada a suportar a humilhação e a erguer-se com determinação, enfrentando com o seu frágil corpo a poderosa conspiração por trás de tudo isto...