England, 1943. Die junge Charlotte Gray (Cate Blanchett) verliebt sich in den Luftwaffenpiloten Peter Gregory (Rupert Penry-Jones). Als Peter zu einem gefährlichen Einsatz nach Frankreich geschickt wird, lässt sich Charlotte von der britischen Regierung für eine Mission zur Unterstützung der französischen Résistance ausbilden und in ein kleines Dorf in der französischen Provinz als Nachrichtenkurier einsetzen.
Dort lernt sie den Résistancekämpfer Julien (Billy Crudup) kennen. Charlotte wird mehr und mehr in die gefährliche Arbeit der Résistance hineingezogen – insbesondere in das Leben von Julien. Als Julien auf der Flucht vor der Gestapo das Dorf verlassen muss, beschließt Charlotte jedoch, ihm nicht zu folgen, sondern nach London zurückzukehren. Erst nach dem Krieg wird Charlotte klar, wie sehr sie die Ereignisse verändert haben – und wohin ihr Herz gehört.
