בסרט זה, ג'יימס בונד עוזב את השירות הפעיל בשירות הביון הבריטי זמן מה לאחר לכידתו של ארנסט סטאברו בלופלד, ונהנה מחיים שלווים בג'מייקה. אלא ששלוותו קצרת המועד מופרת עם הגעתו של חברו הוותיק פליקס לייטר מה-CIA, שמבקש את עזרתו במשימה חדשה: למצוא מדען שנחטף. בונד מגלה שזו משימה בוגדנית בהרבה מהצפוי, בנתיב שמוביל אותו למאבק עם נבל מסתורי חמוש בטכנולוגיה חדשה ומסוכנת.
מדלן כילדה עדה לרצח אמה בידי טרוריסט במסכה. היא יורה כנקמה ושוברת את מסכתו. היא מגלה את פניו המצולקוץ ומנסה להיפטר מגופו, הוא מתעורר והיא בורחת לאגם קפוא סמוך ונופלת מתחת לקרח. סאפין יורה לתוך האגם כדי להרגה ואף על פי שכמעט הרגה אותו, הוא בוחר לחלץ אותה מהאגם.
בהווה, סוואן נמצאת במטרה שבאיטליה, עם ג'יימס בונד לאחר לכידת אויבו המושבע של בונד ארנסט סטאברו בלופלד לאחר משימתו האחרונה. בונד מספר לה על וספר לינד והיא מתעקשת שיבקר בקברה. שם, המצבה מתפוצצת ובונד מוצא עצמו במארב. הוא בורח ושולף את מדלן מהמלון. עד מהרה הם נופלים למארב של מתנקשי ארגון SPECTRE בראשותו של שכיר חרב בשם פרימו בזמן שהם נוסעים באסטון מרטין DB5 של בונד. בונד וסוואן מצליחים להתגבר על רודפיהם, אך בונד עוזב את סוואן לאחר שהאשים אותה שבגדה בו לטובת הארגון מאחר שבלופלד חדר לטלפון הנייד שלה.
חמש שנים מאוחר יותר, מדען של MI6 בשם ולדו אוברוצ'וב נחטף ממעבדה של MI6 בידי פרימו ואנשיו אך לא לפני שסאפין יוצר עמו קשר לגבי המידע שהוא מחזיק. אוברוצ'ב פיתח את פרויקט "הרקלס", נשק ביולוגי המכיל ננו-בוטים המתפשטים כנגיף במגע ומקודדים לגדילי DNA ספציפיים כך שהם מסוכנים רק אם מתוכנתים לקוד הגנטי של הפרט הספציפי. בונד פרש לג'מייקה, שם לאחר שנים בהיותו מחוץ לשירות, פונה אליו פליקס לייטר, שמלווה בסוכן CIA מטעם מחלקת המדינה בשם לוגן אש. הם מבקשים ממנו עזרה לתור אחר אוברוצ'וב, אך בונד מסרב. באותו לילה, בונד מתחקה אחר נעמי, שהחליפה אותו בתור סוכנת 007 החדשה, ממנה הוא לומד על הננו-בוטים. הוא יוצר קשר עם M ומעליב אותו קשות, מכיוון שפרויקט הננו-בוט הוזמן על ידי M בעצמו. בונד מקבל לאחר מכן את בקשתו של לייטר לעזרה.
בונד, לייטר ואש טסים להוואנה, ונפגשים עם פלומה, סוכנת CIA שזה עתה סיימה אימוניה ובעלת בריתו של לייטר. בונד ופלומה חודרים לפגישה של ארגון ספקטר במטרה למצוא את אוברוצ'וב אך נכנסים למלכודת. בלופלד, מעל לרמקולים בעזרת עינו הביונית של פרימו, פוקד להרוג את בונד באמצעות הננו-בוטים. עם זאת, החברים בספקטר מוצאים את מותם במקום וחושפים שאוברוצ'וב תכנן מחדש את הננו-בוטים כדי להשמיד את ספקטר, אך חסים על חייו של בונד. בונד והמדען נפגשים עם פליקס ואש על סירה. עם זאת, אש מסתובב לעברם ויורה בלייטר ובורח עם אוברוצ'וב מאחר שהוא עובד עבור סאפין. חלק מהסירה מתפוצץ והורג את לייטר למרות מאמציו של בונד להצילו. בונד עצמו נמלט בקושי רב.
בונד נפגש עם M, שדוחה אותו ואת עזרתו. הוא פונה ל־Q ומאניפני, שעוזרים לו לאתר את בלופלד הכלוא ולתת לו הזדמנות לדבר איתו. בלונדון, סאפין מבקר את מדלן וסוחט אותה כדי להדביק אותה בנגיף. הואיל ומדלן הייתה האדם היחיד במגע עם בלופלד מאז נכלא, הוא מורה לה להדביק את בלופלד ולהרוג אותו תוך כדי כך. בונד פוגש את מדלן בתא, שם הוא נוגע בה ביד ומדביק את עצמו ללא ידיעה. מדלן המבוהלת עוזבת מוקדם לפני שהיא מצליחה להגיע לבלופלד. במהלך חקירתו על ידי בונד, בלופלד מגלה כי הוא עמד מאחורי המארב במטרה חמש שנים קודם לכן, אותו ביים כדי לגרום לג'יימס לחשוב שמדלן בגדה בו. בונד כועס ותוקף את בלופלד, מדביק אותו בננו-בוטים והורג אותו תוך כדי כך. Q מסיק כי בונד עצמו נדבק על ידי מדלן.
בונד עוקב אחר מדלן עד לבית ילדותה בנורווגיה. שם הוא לומד שלמדלן יש בת בת חמש, מתילד, שלטענתה אינה שלו. מדלן מתוודה בפניו מיהו סאפין ומגלה כי בילדותו נרצחו הוריו על ידי מר ווייט וכי פניו הצטלקו לאורך שנות חייו כתוצאה מגז עצבים שוייט שחרר עליו. זה גרם לו לנקום במר ווייט על ידי הריגת אשתו, אמה של מדלן, ועכשיו הצליח להפיל את ספקטר, משום שהארגון הורה לרצוח את משפחתו, והשיג את נקמתו. באמצעות נעמי, בונד לומד כי סאפין בדרך לביתה של מדלן, כך שהשלושה בורחים בג'יפ ונרדפים לכפר. בונד מצליח לנטרל את סוכניו של סאפין, כולל אש, אך סאפין מצליח ללכוד את מדלן ומתילד.
בעזרת Q, בונד ונעמי מאתרים את סאפין באי במחלוקת מתקופת מלחמת העולם השנייה הממוקם בין יפן לרוסיה. הם משתמשים במטוס כדי לחדור למפקדתו של סאפין ולומדים שהוא מתכוון להשתמש בננו-בוטים כנשק ביולוגי נגד מיליוני אנשים על פני כדור הארץ. הם מבינים שהם חייבים להרוס את הבסיס כדי למנוע הפצת ננו-בוטים נוספים. נעמי לוקחת את אוברוצ'וב כבן ערובה בעוד בונד מחפש את סאפין, שמחזיק במתילד. סאפין רומז בעדינות כי מתילד היא בתו של בונד ומסביר כי תוכניתו היא להשתמש בננו-בוטים על מנת לשלוט בעולם כדי "להציל" אותו באמצעות הענקת שכחה ושליטה לאנושות. בונד מרמה את סאפין והורג את אנשיו, אך סאפין בורח. מתילד בורחת מסאפין לאחר שזה חס על חייה ומתאחדת עם נעמי, מדלן ובונד. נעמי הורגת את אוברוצ'וב בכך שגרמה לו ליפול למים הרעילים במפקדה כשהוא מדבר על השמדת גזע. נעמי לוקחת את מדלן ומתילד אל סירה כדי להביאן למקום מקלט, בעוד בונד נשאר מאחור כדי לנסות להרוס את הבסיס של סאפין.
כאשר הוא מורה על תקיפת טילים על האי של סאפין, בונד מנסה לפתוח ממגורות טילים גדולות כדי שהטילים יהרסו כליל את פנים המטה של סאפין ולא יפגעו בחזית החיצונית. תוך כדי כך, בונד מותקף על ידי סוכניו של סאפין, אותם הוא מצליח להרוג, כולל את פרימו. לבסוף הוא נלחם בעצמו בסאפין, שיורה בו מספר פעמים ומותיר אותו פצוע קשה. בונד גובר עליו, שובר את זרועו ואילו סאפין מגלה שהוא הדביק את בונד בננו-בוטים חדשים המתוכנתים עם הקוד הגנטי של מדלן ובתה, כך שאם בונד ייגע בהן שוב, הוא יהרוג אותן. בונד מתגבר על פציעותיו ויורה בסאפין והורג אותו.
בונד פותח בהצלחה את הממגורות. הוא מבקש מ־Q לחבר אותו בתקשורת למדלן ואומר לה שהוא אוהב אותה, ומעודד אותה לחיות חיים שלווים עם מתילד. מדלן מאשרת כי מתילד היא בתו הביולוגית. הטילים ששוגרו ממשחתת של הצי הבריטי מגיעים לאי, משמידים את הבסיס של סאפין והורגים את בונד תוך כדי כך. תוכניתו של סאפין מסוכלת.
במשרדו של M בלונדון, כל צוות MI6 מרים כוסיות משקה לכבוד בונד ומכבדים את זכרו ואת תרומתו לשירות. הסרט מסתיים בסצנה שמדלן נוסעת עם בתה מתילד למטרה שבאיטליה ומתחילה לספר לה על אביה.
