在一个离奇的行动过程中，特工张羽（刘德华 饰）击毙了杀手头目“幽影”（李治廷 饰），却被对方的陷阱射穿了胸膛，性命岌岌可危。他接受了紧急心脏移植手术，由此开始了一段惊心动魄的故事。一年半后，大陆和台湾相继发生了一系列与“幽影”案件如出一辙的恶性犯罪。张羽在康复后，主动携手犯罪心理学专家蔡佳琪（李冰冰 饰）展开调查。随着案情的进展，张羽发现蔡佳琪身上隐藏着一个不为人知的秘密，而蔡佳琪对于“换心”后的张羽也抱有特殊的好奇。在彼此试探、智斗的过程中，张羽的妻子杨梦雨（周冬雨 饰）和神秘女子陈凝（刘诗诗 饰）也逐渐被卷入其中，一场威胁着数百万人性命的大战即将爆发...