В центре сюжета «Секретный агент» — ведущий следователь ЦРУ Элис Рэйсин (Нуми Рапас), чья репутация висит на волоске после того, как она попадает в ловушку террористов и случайно предоставляет им секретную информацию. Теперь не только Лондон, но весь мир находится под угрозой применения биологического оружия. Над предотвращением катастрофы вместе с Элис работает молодой оперативник Джек Олкотт (Орландо Блум), ее наставник Эрик Лэш (Майкл Дуглас), спецагент Эмили Ноулз (Тони Коллетт) и директор разведывательного бюро Боб Хантер (Джон Малкович).