1984年，西南山区。温柔谦和的女医生苏菲（张歆艺饰）因涉嫌盗窃国家机密，被公安干警从新婚不久的家中带走。在漫长的审讯中，她缓缓供出了那段深埋心底的隐秘往事。五年前，刚从医学院毕业的高材生苏菲顺利分配到三江市最大的人民医院。她满怀憧憬，深深崇拜着刚刚学成归国的外科权威秦雨轩。然而，秦雨轩却隐瞒了自己有家有室的真相，引诱苏菲坠入爱河并致其怀孕。纸终究包不住火，秦雨轩的妻子发现真相后，他被调离了三江市。得知真情的苏菲痛不欲生，千方百计想要做掉胎儿。她阴差阳错地被派往山区医疗队，期望在艰苦的环境和繁重的工作中自然流产，却未能如愿，错过了人流的时机。母亲突然病危离世，令她彻底陷入绝望。痛不欲生的苏菲在安葬母亲后，在一个小诊所偷偷生下儿子小东，并秘密将其寄养在善良的关贵山夫妇家中。关家成了她在世上最温馨的避风港。然而，命运并未就此放过她。一日小东重病，苏菲铤而走险回医院偷青霉素，却意外落入医院办公室主任李瑞生的掌控之中。李瑞生表面在苏菲最困难时伸出援手，实则是间谍组织的骨干特务。他发现苏菲的隐私后，威逼利诱，胁迫苏菲成为一名间谍分子，并将她派往研制核潜艇低噪音螺旋桨的海军851厂医务室潜伏。残酷的抉择接踵而至，苏菲被迫成为一名双面女人，一名时时在双重人格中挣扎的女间谍。在851厂，掌握核心机密的总工程师张平凉（王志飞饰）英俊儒雅，在接触中苏菲对他日渐生出一种特殊的情愫，但她痛苦地明白这份感情是无望的；而代理厂长王凯（刘斌饰）则对众人眼里热心善良的苏菲展开了热烈追求。迫于秘密和儿子都被特务组织所掌控，内心万般煎熬之下，苏菲无奈答应嫁给自己并不爱的王凯。从此，心中明明深爱张平凉的她，一面要与王凯“恩爱非常”，一面又要通过王凯窃取机密。她在间谍的泥潭中越陷越深，在情感和良知的天平上不断失衡而沉沦，走向无法挽回的深渊。