La estrategia del Departamento de Policía de Massachussets es terminar con el reinado del poderoso jefe de la mafia Frank Costello (Jack Nicholson) desde dentro. A un joven novato, Billy Costigan (Leonardo DiCaprio), criado en el sur de Boston, se le encarga infiltrarse en la mafia dirigida por Costello. Mientras Billy intenta ganarse la confianza de Costello, otro joven policía que también ha surgido de las calles del sur, Colin Sullivan (Matt Damon), sube rápidamente de categoría dentro de la policía del Estado. Colin, que se ha ganado un buen puesto en la unidad de Investigaciones Especiales, forma parte de un grupo de oficiales de élite cuya misión es acabar con Costello. Pero lo que sus superiores no saben es que Colin trabaja para Costello, y le mantiene un paso por delante de la policía. Cada uno acaba totalmente consumido por su doble vida. Pero cuando los gánsteres y la policía se dan cuenta de que hay un topo entre ellos, Billy y Colin se encuentran en peligro constante de que les cojan y queden expuestos al enemigo, y cada uno debe darse prisa en desvelar la identidad del otro para salvarse a sí mismo.