El film narra la evolución de Jack, un niño que vive con su familia, en la que su madre (Jessica Chastain) encarna el amor y la bondad, mientras que su padre (Brad Pitt), que representa la severidad, es el encargado de enseñarle a enfrentarse a un mundo hostil. Sean Penn interpreta a Jack en su época adulta. Por otro lado, se trata también la historia del universo desde sus orígenes.

Como oficial 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 Iraq. Su marido, el diplomático Joe Wilson (Sean Penn), se ve arrastrado a la investigación para confirmar una supuesta venta de uranio enriquecido por parte de Nigeria. Pero cuando la administración de la Casa Blanca ignora sus conclusiones y utiliza el tema para respaldar la entrada de Estados Unidos a la guerra de Iraq, Joe escribe un editorial en el New York Times explicando sus conclusiones e iniciando una encendida polémica. Poco después, el estatus de agente secreto de Valerie es revelado por un periodista de alto nivel de Washington. Con su identidad al descubierto y sus contactos en el extranjero en peligro, Valerie se ve empujada a una situación límite al ver como su carrera y su vida privada se desmoronan. Tras años de servicio al gobierno, Valerie – una madre, esposa y agente de campo con un expediente impecable -deberá luchar para sacar a la luz la verdad y salvar así su reputación, su carrera y su familia… Narra la conocida historia de Valerie Plame, una agente de la CIA cuya identidad fue desvelada por miembros de la Casa Blanca, supuestamente 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.

Basada en las memorias del productor Art Linson -guionista del filme-. De Niro interpreta a un productor de Hollywood que intenta mantener su dignidad profesional envuelto en la maquinaria de los grandes estudios.