Cinco años atrás. Ray Koval (Clive Owen), un agente del MI6, conoce a Claire Stenwick (Julia Roberts), una oficial de la CIA, en una fiesta en Dubai. Él desconoce su identidad e intenta seducirla. Claire lo droga y le roba documentos clasificados.

Tres años después, en Roma, Ray y Claire se encuentran por primera vez desde Dubai y pasan varios días juntos en un hotel de lujo. Imaginan que dejarán sus trabajos en el gobierno para trabajar en un área intensamente competitiva en el sector privado. Contemplan la posibilidad de utilizar sus conocimientos de inteligencia para enriquecerse. Tras explorar las posibilidades durante varios meses, incluidas las empresas que compiten por el mercado de la pizza de doble masa, se deciden por la cosmética y la higiene personal. Ni siquiera ellos mismos saben cómo van a sacar provecho de su posición, pero estarán preparados cuando se presente la oportunidad.

Claire acepta un trabajo de contrainteligencia en Burkett & Randle. Después de más de un año, Ray acepta un puesto en inteligencia en Equikrom, donde actuará como controlador y Claire como una de sus agentes.

Conscientes de que el nuevo empleador de Ray le espiará para evaluar su lealtad, él y Claire practican primero cómo fingirán encontrarse en Nueva York por primera vez desde Dubai, repitiendo gran parte del diálogo de su encuentro real en Roma. No saben que los empleadores de Claire en Burkett & Randle la están espiando y escuchan este ensayo, lo que echa por tierra su tapadera. El director general de Burkett & Randle, Howard Tully (Tom Wilkinson), decide mantener a Claire en su puesto, a pesar de que es un topo, y manipularla en su rivalidad con Equikrom.

Claire y Ray, que trabajan como topo y manipulador, vuelven a retomar el diálogo y, como ya habían previsto, el jefe de Ray está escuchando y se convence de que Ray es leal.

A lo largo de las semanas siguientes, Claire y Ray siguen desconfiando el uno del otro. Ambos tienen experiencia en el doble juego y, a pesar de su conexión romántica y de sus planes de escapar con nuevas identidades una vez que la operación se haya completado, ninguno de los dos está totalmente libre de la sospecha del otro.

Tully da un discurso a su equipo de inteligencia, incluyendo a Claire, que pinta a su compañía como la innovadora que se defiende de la duplicidad y el robo. Subraya que el nuevo producto no anunciado hace que la vigilancia sea aún más urgente. Él y otras personas de su organización plantan información que saben que ella y el equipo de inteligencia de Equikrom robarán mientras intentan comprender cuál puede ser ese "gran avance".

Claire proporciona una copia de este discurso al director general de Equikrom, Dick Garsik (Paul Giamatti), que conspira para robar lo que sea que Burkett & Randle haya desarrollado. Su equipo, incluido Ray, se dedica a robar información de las oficinas de Burkett & Randle, en el transcurso de la cual Ray seduce a una de sus empleadas de la oficina de viajes y él y varios más visitan un casino en las Bahamas.

Gracias a la información de Ray, Claire consigue parecer una heroína ante sus empleadores, atrapando las actividades de espionaje de Equikrom a posteriori o impidiéndolas en cierta medida en las Bahamas. Tully, de Burkett & Randle, finge estar impresionado y agradece a Claire que haya defendido con éxito el nuevo producto de la empresa, y le revela que se trata de una cura para la calvicie. Ella informa a Garsik de Equikrom, que se marcha a una reunión de accionistas en Las Vegas esperando que ella obtenga la fórmula química y él anuncie el nuevo desarrollo a sus accionistas antes de que Burkett & Randle haga pública la información.

La emoción aumenta a medida que el equipo de Equikrom, utilizando a Claire como su principal fuente dentro de las oficinas de su rival, consigue adquirir una copia de la fórmula. Claire y Ray se reúnen en el aeropuerto de Zúrich, cada uno con una copia de la fórmula que planean vender a una empresa suiza por 35 millones de dólares. Al mismo tiempo, Garsik comunica a sus accionistas que están en las últimas fases de las pruebas de un producto que cura la calvicie. La fórmula, anuncian los suizos a Ray y Claire, no es lo que ellos piensan, sino una loción inofensiva. Ellos, a su vez, están decepcionados, pero impresionados por lo completamente manipulados que han sido. Ahora sólo se tienen el uno al otro, y una botella de champán de agradecimiento de Tully.