Los Angeles, cité des anges. Une mystérieuse femme fatale, amnésique et blessée, erre sur la sinueuse route de Mulholland drive. Elle se réfugie chez Betty, une apprentie comédienne fraîchement débarquée de sa province et venue conquérir Hollywood. D'abord effrayée par cette inconnue se faisant appeler Rita, Betty découvre dans son sac des liasses de billets verts...

A Boston, une lutte sans merci oppose la police à la pègre irlandaise. Pour mettre fin au règne du parrain Frank Costello, la police infiltre son gang avec 'un bleu' issu des bas quartiers, Billy Costigan. Tandis que Billy s'efforce de gagner la confiance du malfrat vieillissant, Colin Sullivan entre dans la police au sein de l'Unité des Enquêtes Spéciales, chargée d'éliminer Costello. Mais Colin fonctionne en 'sous-marin' et informe Costello des opérations qui se trament contre lui. Risquant à tout moment d'être démasqués, Billy et Colin sont contraints de mener une double vie qui leur fait perdre leurs repères et leur identité. Traquenards et contre-offensives s'enchaînent jusqu'au jour où chaque camp réalise qu'il héberge une taupe. Une course contre la montre s'engage entre les deux hommes avec un seul objectif : découvrir l'identité de l'autre sous peine d'y laisser sa peau...