Sean Archer (John Travolta), agent du FBI, combat depuis des années un terroriste du nom de Castor Troy (Nicolas Cage), auteur de dizaines de meurtres, dont celui du jeune fils d'Archer. Après avoir commis des dizaines d'homicides et attentats, Castor prépare son "chef d'œuvre", en plaçant une bombe à retardement au Palais des Congrès de Los Angeles. Quelques heures plus tard, au terme d'un affrontement sanglant, Sean Archer arrête enfin Castor Troy, hospitalisé d'urgence et plongé dans le coma. Alors qu'il croit enfin l'affaire classée, Archer apprend l'existence de la bombe. Après avoir interrogé en vain les complices de Troy, il en vient à la conclusion que seul Pollux, le frère de Castor, peut lui apprendre le lieu et la date de l'explosion. Mais Pollux, du fond de sa prison, garde lui aussi le silence, et se contente de narguer l'agent. Reste la solution ultime, à laquelle il accepte, en désespoir de cause, de se soumettre : les scientifiques du FBI vont, pour la première fois, greffer provisoirement le visage de Castor Troy sur celui de Sean Archer. Ainsi grimé, Archer est secrètement envoyé dans la prison ultra-secrète où réside son "frère", dont il espère gagner la confiance et tirer des renseignements...