국가 일급 비밀정보기관 OP의 특수비밀요원 유중원(한석규 분)과 그의 절친한 동료 요원 이장길(송강호 분). 그들에게 뭔가 중요한 제보를 자청했던 무기밀매상 보스 임봉주가 거리에서 무참히 저격당한다. 저격 현장에 남아 있는 두 발의 탄피, 유중원은 직감적으로 특수 8군단 소속 최고의 저격수 이방희(박은숙 분)의 존재를 감지한다. 이미 여러차례 정부 요인들을 저격하고 유중원의 집요한 추적을 피해 잠적해 있던 이방희가 1년만에 다시 활동을 재개한 것이다.
죽은 임봉주의 배후를 조사하는 유중원과 이장길. 그 과정에서 이방희가 임봉주를 통해 국방과학기술연구소에서 개발한 신소재 액체 폭탄 CTX를 확보하려 했다는 것을 알아낸다. 서둘러 연구소로 향하지만 한 발 앞선 이방희가 담당 연구원을 살해한 뒤다. 한편, 북에서 침투한 박무영(최민식 분)과 특수 8군단의 정예요원은 군단사령부로 이송 중이던 CTX를 탈취하는데 성공한다. 뒤늦게 유중원과 이장길이 CTX를 쫓지만 박무영의 기습적인 공격으로 가까스로 목숨만을 구한다. 유중원은 탈취범이 리비아 대사관 진압 작전시 자신과 대면했던 박무영임을 알게 된다.
결정적인 움직임 때마다 늘 한발 앞서 나타나는 이방희의 행적은 오래전부터 OP의 주요 정보들이 외부로 은밀히 유출되고 있었음을 알려주고, OP는 내부 첩자에 의한 짙은 의혹에 휩싸인다. 서로가 서로를 의심하는 고국장, 유중원, 이장길. CTX 행방을 두고 촉각을 세우는 동시에 그들 사이엔 미묘한 갈등과 긴장감이 감돈다. 도저히 방향을 종잡을 수 없는 상황 속에서 한 달 앞으로 다가온 명현(김윤진 분)과의 결혼은 유중원에게 또 다른 불행을 예고한다. 자신의 신분을 감추고 명현을 대했던 유중원, 그의 뜨거운 사랑에 눈물을 흘리는 예상치 못한 명현의 신분이 밝혀진다.