Med det kalla kriget som bakgrund ser vi CIA-agenten Napoleon Solo och KGB-agenten Illya Kuryakin som tvingas samarbeta för att förhindra en global katastrof. Agenternas uppdrag är att stoppa ett excentriskt ondskefullt par från att skapa en hemgjord atombomb, och den ofrivillige bombingenjörens dotter Gaby är länken för att komma åt dem. Nu börjar en gemensam kamp mot klockan.