La película comienza en Ciudad de México durante un desfile del Día de los Muertos. Un hombre con un traje blanco y una máscara de calavera pasa por delante, mientras otro hombre con un disfraz de calavera lo ve y empieza a entrar en un hotel con una mujer. La pareja entra en su habitación para tener algo de intimidad. El hombre es 007/James Bond (Daniel Craig). Deja a su amante en la habitación mientras sale a la azotea para caminar con su pistola hacia el edificio de al lado y apuntar al hombre de blanco, cuyo nombre es Marco Sciarra (Alessandro Cremona). Bond escucha a Sciarra y a otros dos hombres hablar de volar un estadio y preguntar por alguien conocido como "El Rey Pálido". Antes de que Bond pueda actuar, los hombres le descubren y le disparan, pero Bond mata a los dos hombres antes de hacer estallar la bomba, que destruye parte del edificio y hace que se estrelle contra el tejado del edificio de Bond. Éste cae entre los restos, pero sale a la ciudad para perseguir a Sciarra.
Bond sigue a su objetivo a través del desfile mientras Sciarra llama a alguien para que se reúna con él en la plaza. Sciarra se dirige a un helicóptero que desciende y sube mientras Bond le alcanza y golpea a los matones de Sciarra antes de saltar al helicóptero con él. Mientras despega, Bond lucha tanto con Sciarra como con el piloto. El helicóptero vuela peligrosamente cerca de los civiles mientras Bond intenta matar a su objetivo. Finalmente consigue echar a Sciarra del helicóptero antes de arrojar también al piloto. Bond toma el control del helicóptero y lo hace volar. Entonces mira en su mano algo que ha sacado del dedo de Sciarra: un anillo con el símbolo de un pulpo.

M (Ralph Fiennes) no está contento con el daño que ha hecho Bond, especialmente porque no tiene autoridad para estar en México. Bond le dice a M que estaba tomando unas vacaciones atrasadas y que su encuentro con Sciarra fue una coincidencia. M castiga oficialmente a Bond. Mientras Bond se marcha, el nuevo jefe del Servicio de Inteligencia Conjunto, Max Denbigh (Andrew Scott), al que Bond empieza a referirse como C.

[amazon bestseller="cuadro lamina" grid="3" items="3" filterby="price" filter="15" filter_compare="more" filter_items="10" orderby="price" order="desc"]

Bond se encuentra con Moneypenny (Naomie Harris) y le muestra la verdadera razón por la que fue a por Sciarra: le enviaron una cinta de la anterior M (Judi Dench) poco después de su muerte, en la que se le ordenaba a Bond que encontrara a Sciarra, lo matara y fuera al funeral en Roma. Moneypenny también le da a Bond una caja con objetos recuperados de Skyfall. Bond mira en la caja y ve, entre otras cosas, una foto de un hombre y un niño, con la cara de una tercera persona quemada en la foto.

Bond da un paseo por el río con Bill Tanner (Rory Kinnear), donde pueden ver el nuevo edificio del JIS. Tanner dice que el plan de C es crear "Nine Eyes", un programa que permitirá acceder a los flujos de inteligencia de nueve países y que también pondrá fuera de servicio el programa 00. Los hombres se reúnen con Q (Ben Whishaw), que le da a Bond simplemente un reloj, pero Q sugiere que la alarma es muy fuerte. Más tarde, Bond roba un Aston Martin hecho a medida para 009.

Bond llega a Roma para el funeral de Sciarra. Se encuentra con la viuda de Sciarra, Lucia (Monica Belucci). Por la noche, en su casa, Lucía está a punto de ser ejecutada por dos hombres hasta que Bond aparece y los atrapa primero. A pesar de saber que Bond mató a su marido, la seduce y se entera de la existencia de una organización criminal de la que formaba parte Sciarra.

Bond llega al escondite de esta organización utilizando el anillo del pulpo como entrada. Allí se encuentra con un gran número de personas que discuten los acontecimientos de Marrakech y Túnez, así como el atentado planeado en México. Un hombre envuelto en sombras (Christoph Waltz) entra y supervisa la reunión. También mencionan al Rey Pálido y planean deshacerse de él. Llama a un hombre para que sea el músculo de sus planes, sólo para que un tipo mucho más grande, el Sr. Hinx (Dave Bautista), entre en consideración. Hinx golpea la cabeza del hombre sobre la mesa y le aprieta la cabeza hasta que muere antes de limpiarse la sangre de los dedos con un pañuelo. El hombre en las sombras ve entonces a Bond y se refiere a él por su nombre, diciendo que ha pasado tiempo. Bond también parece reconocer al hombre. Uno de los secuaces del edificio casi ataca a Bond hasta que lo lanza por el balcón. Bond escapa mientras Hinx le persigue. Bond ve que el coche apenas tiene artilugios que funcionen, excepto un lanzallamas, que utiliza en el coche de Hinx antes de eyectarse del coche y huir. Bond se pone entonces en contacto con Moneypenny y le pide información sobre El Rey Pálido y Franz Oberhauser, el hombre de las sombras.

Moneypenny informa a Bond de que El Rey Pálido es en realidad el Sr. White (Jesper Christensen), mientras se entera de que Oberhauser y su padre han muerto en una avalancha. Bond localiza a White en Austria, donde vive solo en una casa en ruinas, muriendo de envenenamiento por talio como consecuencia de haber dejado la organización. Bond convence a White para que le diga dónde encontrar a su hija, prometiendo a su antiguo enemigo que la protegerá. Desliza a White una pistola, sabiendo que prefiere acabar con su sufrimiento. White le dice a Bond que la encuentre en una clínica en la que trabaja, y que ella le llevará a L'Americain, que a su vez le devolverá a Oberhauser. A continuación, White le pone la pistola bajo la barbilla y aprieta el gatillo.

Bond encuentra a la hija de White, la Dra. Madeleine Swann (Lea Seydoux). Ella le hace algunas preguntas de prueba antes de que él le diga que vio a su padre suicidarse. Madeleine le ordena que se vaya y se aleja airadamente de Bond fuera del edificio antes de ser capturada por Hinx y sus compañeros. Bond coge un avión y persigue a los villanos, haciendo que acaben estrellando sus coches antes de rescatar a Madeleine, dejando sólo a Hinx con vida.

Bond lleva a Madeleine a reunirse con Q, que ha hecho un análisis del anillo. Contiene archivos que revelan que los enemigos más recientes de Bond (White, Sciarra, Le Chiffre, Dominic Greene y Raoul Silva) estaban todos conectados con Oberhauser, y que otras organizaciones como Quantum eran subsidiarias de esta organización. Madeleine dice que el nombre de la organización es Spectre, y que L'Americain no es una persona como Bond había creído en un principio, sino un hotel en Marruecos.

Mientras tanto, en Londres, M se entera de que Bond ha abandonado el país en contra de sus órdenes. También debe ocuparse de que C inicie Nueve Ojos, aunque la decisión de lanzarlo debe ser unánime, y C tiene al menos un detractor. El programa 00 también se cierra oficialmente.

Bond y Madeleine viajan a Tánger y localizan a L'Americain. Allí encuentran un alijo de cintas y fotos guardadas por el Sr. White que conducen a la siguiente pista para encontrar a Spectre.

Los dos suben a un tren que se dirige al principal escondite de Spectre. Mientras Bond y Madeleine se sientan juntos, son interrumpidos por el Sr. Hinx. Bond lucha contra el gigantesco hombre mientras Madeleine intenta dar un buen golpe. Bond lanza una cadena alrededor del cuello de Hinx y engancha la cadena a un barril que está conectado a otros barriles, haciendo que Hinx sea sacado del tren por el cuello. Bond procede entonces a seducir a Madeleine.

Llegan a las instalaciones de Spectre en el desierto. Oberhauser y sus hombres encuentran a Bond y a Madeleine, donde Oberhauser afirma que él es el autor intelectual de todos los acontecimientos dolorosos de los últimos años de la vida de Bond. Menciona la muerte de Vesper Lynd, así como la última de M. A continuación, saca un vídeo del último encuentro de Bond con White, en el que se ve cómo le pasa la pistola a White antes de su muerte. También se revela que C trabaja a las órdenes de Oberhauser, y que Nueve Ojos dará a Spectre acceso a todos los flujos de inteligencia. A continuación, Bond es noqueado por un matón.

Bond se despierta atado en una silla, preparado para la tortura. Oberhauser le cuenta a Madeleine cómo su padre cuidó de Bond tras la muerte de sus padres, y que fue una especie de hermano para Bond hasta que fingió su muerte en la avalancha. Ahora, ya no es Oberhauser, sino realmente... Ernst Stavro BLOFELD (totalmente llamado). Blofeld enciende pequeños taladros para entrar en la cabeza de Bond. Madeleine se le acerca y le confiesa su amor por él. Bond le pasa su reloj y pone en marcha el temporizador. Sabiendo lo que está ocurriendo, ella desliza el reloj hacia Blofeld mientras éste explota y desbloquea la silla de tortura. Bond y Madeleine escapan mientras la instalación explota.

Bond regresa a Londres para reunirse con Tanner, Q y Moneypenny mientras C es arrestado. Madeleine deja a Bond porque no quiere formar parte de la vida que él lleva. Los héroes sufren una emboscada y Bond es capturado.

Bond es llevado al antiguo edificio del MI6 y rápidamente elimina a sus captores. Encuentra a Blofeld, ahora ciego del ojo derecho y con su característica cicatriz. Blofeld dice que Madeleine está en el edificio, que está a punto de explotar. Mientras tanto, M y los demás intentan reubicar a C e impedir el lanzamiento de Nueve Ojos. M encuentra a C en su despacho y engaña al villano para que desactive oficialmente el programa. C se enfrenta a M e intenta dispararle, pero M hace que dispare al techo de cristal, desequilibrando a C y haciendo que caiga por el balcón hasta morir.

Bond encuentra a Madeleine y escapa con ella por el Támesis mientras el edificio es destruido. Blofeld escapa en un helicóptero, pero Bond consigue derribarlo. Blofeld es detenido por M mientras Bond se marcha con Madeleine.

La película termina con Bond cogiendo otro coche a medida de Q para reunirse con Madeleine.