Hiver 1952, Moscou. Leo Demidov est un brillant agent de la police secrète soviétique, promis à un grand avenir au sein du Parti. Lorsque le corps d'un enfant est retrouvé sur une voie ferrée, il est chargé de classer l'affaire. Il s'agit d'un accident, Staline ayant décrété que le crime ne pouvait exister dans le parfait État communiste. Mais peu à peu, le doute s'installe dans l'esprit de Leo et il découvre que d'autres enfants ont été victimes « d'accidents » similaires. Tombé en disgrâce, soupçonné de trahison, Leo est contraint à l'exil avec sa femme, Raissa. Prenant tous les risques, Leo et Raissa vont se lancer dans la traque de ce tueur en série invisible, qui fera d'eux des ennemis du peuple...
