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。在审讯室昏暗的灯光下，她缓缓供出了全部罪行，揭开了一段长达五年的沉沦与挣扎。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，深深崇拜着留学归来的外科权威秦雨轩，却不知对方隐瞒了有家室的事实。被欺骗感情的苏菲意外怀孕，原本打算流产，却阴差阳错被派往山区医疗队，在繁重的工作与艰苦的环境中错过了时机。母亲突然病危，痛不欲生的苏菲在安葬母亲后，于小诊所偷偷生下儿子小东。为掩人耳目，她将孩子秘密寄养在善良的关贵山夫妇家中，关家由此成了她在这世上最温馨的避风港。然而，命运并未就此放过她。小东突患重病，走投无路的苏菲铤而走险回医院偷取青霉素，却被院办主任李瑞生（赵宝刚饰）当场抓获。李瑞生表面慈祥，实则内心狡猾，是间谍组织的骨干特务。他利用苏菲的隐私与软肋，威逼利诱其成为间谍，并将她安排至研制核潜艇低噪音螺旋桨的海军851厂医务室潜伏。从此，苏菲被迫成为一名双面女人，在双重人格的撕裂中苦苦挣扎。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，苏菲在接触中对他日渐生出特殊好感，却痛苦地明白这份感情是不该有、也无望的。而代理厂长王凯（刘斌饰）则对众人眼中热心善良的苏菲展开热烈追求。迫于秘密与儿子皆被特务组织掌控，内心万般煎熬的苏菲最终答应嫁给自己并不爱的王凯。从此，她心中明明深爱张平凉，一面要与王凯扮演“恩爱夫妻”，一面又要借王凯之手窃取机密。她在间谍的泥潭中越陷越深，在情感与良知的天平上不断失衡而沉沦，最终走向了无法挽回的深渊。