冷戰陰雲籠罩柏林。美國科學家克里斯托夫攜帶原子彈機密文件失蹤，反情報特工弗蘭克奉命追查，卻在檔案室發現自己的名字出現在蘇聯間諜名單上。
東德巷弄裡，雙面女諜艾琳用口紅在鏡面寫下摩斯密碼，她的情人——柏林警探施耐德正將手槍子彈一顆顆壓入彈匣。當夜，施耐德在查理檢查站攔下克里斯托夫的汽車，後座卻只有一具被氰化物灼傷喉嚨的屍體。
中央情報局的監聽磁帶裡，克里斯托夫臨終前的喘息聲混雜著定時器滴答聲。弗蘭克突然意識到，整場追捕不過是蘇聯人設計的死亡倒計時，而真正的原子藍圖早已隨著艾琳髮絲間的微縮膠卷，飄過佈滿鐵絲網的邊境線。