Valerie Plame (Naomi Watts), una agente secreta del departamento contra la proliferación de armas nucleares de la CIA, descubre que, a diferencia de lo que muchos miembros del gobierno estadounidense opinan, Irak no tiene ningún programa activo de armas nucleares. Mientras, a su marido, el diplomático Joe Wilson (Sean Penn), lo envían a África para investigar los rumores sobre unas posibles ventas de uranio enriquecido a Irak. Tras descubrir que no se han producido tales ventas, Joe escribe un artículo en el New York Times en el que resume sus conclusiones, desatando así una acalorada polémica. La filtración de la identidad secreta de Valerie les acarreará tantos problemas y operaciones políticas que pondrán en juego su reputación, su carrera y su matrimonio.