À Pékin, en 1964, le Français René Gallimard travaille comme comptable à l'ambassade de son pays. Un soir, lors d'une réception, il est fasciné par la chanteuse d'opéra Song Liling qui interprète des extraits de "Madama Butterfly". Il s'engage avec elle dans une liaison, sans se douter que Liling travaille pour le parti communiste et qu'elle profite de lui pour obtenir des renseignements sur les stratégies américaines au Vietnam. Forcé de retourner vivre à Paris, René y retrouve Liling en 1968. Ils poursuivent leur aventure amoureuse, mais les activités d'espionnage de Liling finissent pas être découvertes. Accusé de complicité, René subit un procès au cours duquel il apprend avec stupeur que sa compagne est en réalité un homme.