En 1965, en pleine guerre froide, Francis Mareuil (Niels Schneider), ingénieur aérospatial français, commence à travailler comme espion. Alors qu'il collabore avec les services secrets français et la CIA, il rencontre Lyudmila Goloubeva (Vera Kolesnikova), une pianiste contrainte de travailler pour le KGB. Une idylle se noue entre eux, mais s'agit-il de sentiments sincères ?