En enero de 2009, Jerry Shaw, que abandonó la Universidad de Stanford, se entera de que su hermano gemelo idéntico Ethan, un oficial de las Fuerzas Aéreas de los Estados Unidos, ha sido asesinado. Tras el funeral, Jerry se sorprende al encontrar 750.000 dólares en su cuenta bancaria y su apartamento lleno de armas de fuego ilegales y material para fabricar bombas. Recibe una llamada telefónica de una mujer que le advierte de que el FBI está a punto de detenerle y que debe huir. Jerry es capturado por el FBI e interrogado por el agente supervisor Tom Morgan.

Mientras Morgan consulta con la agente especial de la OSI del Ejército del Aire, Zoe Pérez, la mujer del teléfono organiza la huida de Jerry y lo dirige a Rachel Holloman, una madre soltera. La mujer del teléfono coacciona a Rachel amenazando a su hijo Sam, que está a bordo del Capitol Limited de camino al Kennedy Center de Washington, D.C. con su banda escolar. La mujer del teléfono ayuda a los dos a evitar a las fuerzas del orden controlando dispositivos en red, como semáforos, teléfonos móviles, grúas automáticas e incluso líneas eléctricas.

Mientras tanto, la persona que llama redirige un explosivo cristalino a un cortador de gemas, que lo corta y lo fija en un collar. Otro hombre roba la trompeta de Sam en Chicago y encaja el disparador sónico del cristal en el tubo antes de enviarlo a Sam en Washington.

El agente Pérez es convocado por el Secretario de Defensa George Callister para que le lea el trabajo de Ethan en el Pentágono. Ethan supervisaba el superordenador de recopilación de información de alto secreto del Departamento de Defensa, el Analista de Integración de Inteligencia de Reconocimiento Autónomo (ARIIA; /ɑːriːə/). Callister deja a Pérez con el Mayor William Bowman y el ARIIA para investigar la muerte de Ethan Shaw. Simultáneamente, Rachel y Jerry se enteran de que la mujer del teléfono es en realidad ARIIA, y que los ha "activado" según la autorización de la Constitución para reclutar civiles para la defensa nacional.

Pérez y Bowman encuentran pruebas de que Ethan Shaw se escondió en la cámara de ARIIA y se marchan para informar a Callister. Después, ARIIA introduce a Jerry y Rachel en su teatro de observación bajo el Pentágono. Ambos grupos se enteran de que, después de que la recomendación de ARIIA fuera ignorada y de que una operación fallida en Baluchistán provocara la muerte de ciudadanos estadounidenses, ARIIA llegó a la conclusión de que "para evitar más derramamiento de sangre, el poder ejecutivo debe ser eliminado". La ARIIA actúa en nombre de "nosotros, el pueblo", y cita la Declaración de Independencia ("siempre que una forma de gobierno resulte destructora de estos fines, es derecho del pueblo modificarla o abolirla").

Tardíamente, Jerry se entera de que ha sido traído para burlar los bloqueos biométricos colocados por su gemelo que impiden a la ARIIA activar la Operación Guillotina, una simulación militar para mantener el gobierno tras la pérdida de todos los sucesores presidenciales. Dado que el secretario Callister estuvo de acuerdo con la recomendación de abortar de ARIIA con respecto a Baluchistán, él será el superviviente designado y el nuevo presidente después de que el cristal detone en el Estado de la Unión (SOTU).

Otro de los agentes de ARIIA extrae a Rachel del Pentágono y le da un vestido y el collar explosivo para que lo lleve al SOTU. La banda escolar de Sam también ha sido redirigida al Capitolio de los Estados Unidos para tocar para el presidente, lo que hace que el gatillo de la trompeta de Sam y el explosivo se junten. Jerry es recapturado por el agente Morgan, que se ha convencido de la inocencia de Jerry. Antes de sacrificarse para detener a un MQ-9 Reaper armado enviado por ARIIA, Morgan le da a Jerry su arma y su identificación con la que puede entrar en el Capitolio. Al llegar a la Cámara de Representantes, Jerry dispara el arma al aire para interrumpir el concierto antes de ser disparado y herido por el Servicio Secreto.

Algún tiempo después, en abril de 2009, Callister informa de que el ARIIA ha sido desmantelado y recomienda que no se construya otro; los gemelos Shaw y los agentes Pérez y Morgan reciben premios por sus acciones; y Jerry asiste a la fiesta de cumpleaños de Sam, ganándose la gratitud de Rachel y un beso.