Dans les quartiers sud de Boston où la guerre contre le crime organisé bat son plein, Billy Costigan (Leonardo DiCaprio), une jeune recrue de la police, se voit assigné pour mission d'infiltrer le syndicat de gangsters dirigé par Frank Costello (Jack Nicholson). Alors que Billy gagne rapidement la confiance de ce dernier, Colin Sullivan (Matt Damon), un jeune criminel hargneux qui a infiltré les rangs de la police pour le compte de ce même syndicat, gravit lui aussi rapidement les échelons au sein de l'Unité Spéciale d'Investigation. Au fil des jours, Billy et Colin sont de plus en plus consumés par cette double identité qu'ils vivent au quotidien en réunissant les informations des deux clans. Mais lorsque la police et le syndicat finissent par s'apercevoir qu'une taupe a infiltré leur rang, Billy et Colin se lancent dans une course contre la montre pour démasquer l'identité de l'autre afin de sauver leur peauÂ…