En un breve viaje a Londres, a principios de los años 20, el bacteriólogo Walter Fane (Edward Norton), serio y con ganas de aprender, queda deslumbrado por Kitty Garstin (Naomi Watts), una mujer de la alta sociedad londinense. Él le propone matrimonio; ella acepta ("sólo para alejarse lo más posible de su madre"), y la pareja pasa la luna de miel en Venecia. Viajan al puesto médico de Walter en Shanghai, donde él está destinado en un laboratorio del gobierno que estudia las enfermedades infecciosas. No se llevan bien, ya que Kitty está mucho más interesada en las fiestas y en la vida social de la comunidad de expatriados británicos.

Conoce a Charles Townsend (Liev Schreiber), un vicecónsul británico casado, y tienen una aventura. Cuando Walter se entera, la amenaza con el divorcio por adulterio a menos que ella lo acompañe a un pueblo en una zona remota de China donde se ha ofrecido como voluntario para tratar a las víctimas de una epidemia de cólera no controlada. Kitty le ruega que se divorcie tranquilamente, a lo que él se niega en un principio, pero luego dice que sólo si Townsend deja a su esposa Dorothy para casarse con ella. Charles se niega a aceptar, a pesar de haber afirmado antes su amor por Kitty.

La pareja se embarca en un arduo viaje por tierra de dos semanas de duración hasta la región montañosa del interior, que es considerablemente más rápido y mucho más fácil si viajan por el río, pero Walter está decidido a hacer que Kitty se sienta lo más incómoda posible. A su llegada a Mei-tan-fu, ella descubre que van a vivir en una zona casi deshabitada, lejos del pueblo. Su alegre vecino Waddington (Toby Jones) es un subcomisario británico que vive en relativa opulencia con Wan Xi (Lü Yan), una joven china.

Walter y Kitty apenas se hablan. Salvo por un cocinero y un soldado chino destinado a vigilarla durante los disturbios debidos a la guerra civil china, ella está sola durante largas horas. Tras visitar un orfanato dirigido por un grupo de monjas francesas, Kitty se ofrece como voluntaria y le asignan trabajar en la sala de música. Se sorprende al enterarse por la madre superiora de que su marido ama a los niños, especialmente a los bebés. Empieza a verle de otra manera, que puede ser desinteresado y cariñoso. Cuando él la ve con los niños, también se da cuenta de que ella no es tan superficial y egoísta como pensaba. Su matrimonio comienza a florecer en medio de la epidemia. Ella pronto se entera de que está embarazada, pero no sabe quién es el padre. Walter, enamorado de nuevo de Kitty, le asegura que no importa.

La epidemia de cólera se cobra muchas víctimas. Justo cuando Walter y los lugareños empiezan a controlarla - gracias a la creación de un sistema de acueductos para transportar agua limpia - llegan a la zona refugiados portadores del cólera de otros lugares, y Walter establece un campamento para ellos fuera de la ciudad. Contrae la enfermedad y Kitty le cuida con cariño, pero él muere y ella queda desolada. Desconsolada y embarazada, abandona China.

Cinco años después, Kitty aparece en Londres, bien vestida y aparentemente feliz, de compras con su hijo pequeño, Walter. Están recogiendo flores para su visita al abuelo de Walter. Se encuentran por casualidad con Townsend en la calle y éste le propone a Kitty que se reúna con él. Al preguntarle al joven Walter su edad, se da cuenta por la respuesta de que podría ser el padre del niño.

Kitty rechaza sus propuestas y se aleja. Cuando su hijo le pregunta quién es Townsend, ella responde: "Nadie importante, cariño".