Février 1965. Un projet de bombe orbitale soviétique menace l'équilibre géopolitique mondial. Francis Mareuil, ingénieur aérospatial, est contacté par les services secrets français pour recruter Boris Goloubev, le scientifique qui a permis à cette bombe d'exister. À Moscou, le KGB organise la surveillance de Boris en obligeant sa fille, Lyudmila, à l'espionner.

À Berlin-Est, Francis découvre que Boris est sous la surveillance permanente de la Stasi, les services secrets est-allemands. Il se rapproche de Lyudmila, persuadé qu’elle pourra lui donner accès à son père, mais ignorant tout de ses liens avec le KGB.

Boris Goloubev dirige le lancement d’une sonde spatiale qui tourne au fiasco et s’écrase dans le désert algérien. Opposé à l’armée soviétique sur la gestion de cette crise, il se retrouve assigné à résidence. De son côté, Francis cherche un moyen de sauver Lyudmila en la faisant passer à l'Ouest, quitte à prendre de gros risques.

Lyudmila est de retour en Tchécoslovaquie avec son père blessé, et en danger : le KGB la traque. Francis essaie de comprendre ce que Boris a trouvé dans l'enquête et s'éloigne de plus en plus de sa famille.

Lyudmila est seule et coincée en Tchécoslovaquie. Francis se réconcilie avec sa femme et participe à une mission co-dirigée par le SDECE et la CIA, avec un objectif commun : contacter Boris.

En Tchécoslovaquie, Francis franchi un véritable parcours d'obstacles pour trouver Lyudmila. Alors qu'ils tentent de revenir à l'Ouest, Yemelin et ses acolytes les poursuivent. Anne trouve un document top secret et est maintenant en danger. Elle doit fuir.

Alors que la bombe orbitale est sur le point de s'écraser, Francis, Lyudmila et Anne risquent la capture et la mort. Yemelin, par l'intermédiaire de puissants alliés en France, fera tout pour récupérer les chiffres, ainsi que la liste.