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.

Rapatriée en Tchécoslovaquie avec son père blessé, Lyudmila est désormais menacée par le KGB qui la recherche activement. Francis tente de comprendre ce que Boris a trouvé dans la sonde et s’éloigne de plus en plus de sa famille.

Lyudmila, livrée à elle-même, est coincée en Tchécoslovaquie. Francis se réconcilie avec sa femme et participe à une mission conjointe du SDECE et de la CIA pour contacter Boris.

Anne, poursuivant son enquête sur Charles Contignet, fait des découvertes troublantes. Elle prend le risque d’en parler à son mari. Traquée par le KGB, Lyudmila trouve refuge dans une famille tchécoslovaque. Elle n’a qu’une idée en tête : contacter Francis pour qu'il vienne la chercher.

En Tchécoslovaquie, Francis retrouve, non sans mal, la trace de Lyudmila. Alors qu’ils tentent de rejoindre l’Ouest, une course-poursuite s’engage avec Yemeline et ses sbires. Anne met la main sur un document top secret. Désormais en danger, elle doit fuir.

Tandis que la bombe orbitale va bientôt s’écraser, Francis, Lyudmila et Anne sont plus que jamais menacés. Yemeline, qui a trouvé de puissants alliés en France, est prêt à tout pour récupérer les chiffres et la fameuse liste.