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Estamos em 1942, no Norte de África. Max, um espião vindo do Canadá (Brad Pitt), e Marianne, que pertence à Resistência francesa, (Marion Cotillard) juntam-se numa missão secreta no interior das linhas inimigas. Mais tarde, reencontram-se em Londres, casam-se e têm um filho, mas a certo ponto os chefes de Max convencem-se de que Marianne é uma agente dupla alemã e pressionam o operacional canadiano a matar a mulher, sob a ameaça de ser ele próprio executado se se recusar a cumprir as ordens. Mas Max está seguro da inocência de Marianne e entrega-se a uma missão ainda mais arriscada: a de tentar limpar o nome dela.