在俄罗斯一处偏僻的驻防军区，两列火车相撞并爆炸，紧接着发生了一场匪夷所思的核爆炸，给俄罗斯境内带来重大伤亡。美国白宫反核走私情报部门的朱莉亚·凯利（妮可·基德曼 饰）博士怀疑这起核意外并非单纯的事故。为了追查爆炸缘由、查明背后真相，朱莉亚和陆军特种部队的少尉托马斯·威尔（乔治·克鲁尼 饰）受命展开调查。在艰难的调查过程中，他们发现了一个惊天大阴谋：一名冒充政客的核恐怖分子携带核弹头进入美国本土，企图炸毁位于纽约的联合国总部。凯莉和汤姆在多方协助下最终将恐怖分子击毙，但核弹头已启动定时引爆装置。在千钧一发之际，凯莉从外部引爆炸弹，避免了核弹外泄。