러시아의 탄광촌을 가로질러 가던 기차가 마주 오는 기차와 충돌하여 엄청난 핵폭발 사고를 일으킨다. 기차는 냉전시대 종식과 함께 러시아에서 보유하고 있던 핵무기들을 철거하기 위해 운반하던 도중이었다. 핵무기들은 습격을 받아 한 개만 장전이 된 채 모두 탈취된다. 이 사건으로 전세계의 나라와 국민이 위협에 처하고, 이에 백악관은 이 사고의 원인을 분석하기 위해 핵 물리학자인 줄리아 켈리 박사(니콜 키드먼)를 백악관의 핵무기 밀수 단속반 책임자로 임명한다. 그녀는 위성사진을 판독한 후 사건을 분석하고 탈취된 핵무기를 찾는 일에 착수한다. 그리고 이런 그녀를 돕기 위해 미 육군 특수정보국 소속의 토마스 드보 대령(조지 클루니)이 파견되는데...