Der Film spielt vor dem Hintergrund der frühen 60er Jahre, als der Kalte Krieg seinen Höhepunkt erreicht hat. CIA-Agent Solo und KGB-Agent Kuryakin sind gezwungen, langjährige Feindseligkeiten zu begraben, um gemeinsam eine mysteriöse internationale Verbrecherorganisation zu stoppen. Die hat es darauf abgesehen, das zerbrechliche Kräfteverhältnis durch Verbreitung von Nuklearwaffen und -technologie ins Wanken zu bringen. Als einzige Spur dient dem Duo die Tochter eines verschwundenen deutschen Wissenschaftlers, der der Schlüssel zur Infiltrierung der kriminellen Organisation ist. Im Wettrennen gegen die Zeit müssen die beiden ihn finden, wenn sie eine weltweite Katastrophe verhindern wollen.