Akcja filmu rozgrywa się w 1942 roku, w Afryce Północnej. Bohaterami tej historii z melodramatycznym wątkiem są: oficer brytyjskiego wywiadu Max Vatan (Brad Pitt) i młodsza od niego działaczka francuskiego ruchu oporu, Marianne Beausejour (Marion Cotillard). Tych dwoje spotyka się na misji w Casablance. Mają za zadanie zgładzić nazistowskiego ambasadora, który stacjonuje w tym portowym mieście Maroka. Aby nie wzbudzać podejrzeń, Max i Marianne udają małżeństwo. Przenikają do środowiska niemieckiej elity jako zwolennicy rządu Vichy. Doskonale wczuwają się w swoją rolę, udając dobraną parę, a przychodzi im to tym łatwiej, że zakochują się w sobie naprawdę. Wkrótce po zakończeniu misji zawierają związek małżeński. Na świecie pojawia się owoc ich miłości, córka Anna. Szczęście nie trwa jednak długo. Po kilkunastu miesiącach małżeńskiej sielanki, na Maxa Vatana spada wiadomość, że jego żona jest najprawdopodobniej niemieckim szpiegiem, a prawdziwa Marianne z ruchu oporu zginęła we Francji. Oficer rozpoczyna dramatyczną walkę o oczyszczenie ukochanej z zarzutów. Zrobi wszystko, by przedstawić swoim przełożonym dowody świadczące o jej niewinności.