Como agente secreta de la División de Anti-proliferación de la CIA, Valerie Plame (Naomi Watts) dirige una investigación sobre la existencia de armas de destrucción masiva en Irak. Su marido, el diplomático Joe Wilson (Sean Penn), acaba colaborando con ella. La investigación no confirma la venta de uranio enriquecido por parte de la República de Niger. Pero, cuando la administración de la Casa Blanca ignora sus conclusiones y utiliza el asunto para respaldar la entrada de Estados Unidos en la guerra de Irak, Joe escribe un artículo en el New York Times haciendo públicos los resultados de la investigación, lo cual desencadena una encendida polémica. Poco después, un periodista de Washington desvela la identidad de Valerie. En estas circunstancias, la protagonista tendrá que afrontar una dura batalla para sacar a la luz la verdad, salvar su impecable reputación, su carrera y su vida privada.

Narra la historia real de Valerie Plame, una agente de la CIA cuya identidad fue desvelada por miembros de la Casa Blanca para desacreditar a su marido, que en el año 2003 había escrito un polémico artículo en el New York Times. En dicho artículo, el marido de Plame acusaba a la administración Bush de haber manipulado a la Agencia Central de Inteligencia con respecto a la existencia de armas de destrucción masiva por parte del régimen de Sadam Hussein, para poder así justificar la invasión de Irak.