2006年11月1日、ロンドン。ロシアからの亡命者、アレクサンドル・リトビネンコ(デヴィッド・テナント)はイギリス国籍を取得したことを妻マリーナ(マルガリータ・レヴィエヴァ)と息子アナトーリ(テミーラン・ブラエヴ)とともに喜んだのもつかの間、吐血する。病院で彼は「暗殺者に毒を盛られた」と主張。そして死の床でロンドン警視庁のブレント・ハイアット警部補(ニール・マスケル)らに自分が元FSB(ロシア連邦保安局)職員であることを明かし、「暗殺を指示したのはウラジーミル・プーチンだ」と訴え死亡する。死後、リトビネンコの体内からは猛毒の放射性物質“ポロニウム210”が検出される。誰がリトビネンコを暗殺したのかー。真実を知るためにマリーナとロンドン警視庁の苦難の戦いが始まるー。
2006年11月1日、ロンドン。イギリス国籍を取得したことを妻子と喜んだのも束の間、アレクサンドル・リトビネンコは突然激しい吐き気に襲われ吐血する。病院で胃腸炎と診断されるが、それが間違っていることは彼には分かっていた。彼は自分の素性を明かし、毒を盛られたと主張、死期が近いことを確信した彼は警察にすべてを話し、自分の暗殺を指示したのはウラジーミル・プーチンだと主張するのだった…。
リトビネンコを死に至らしめたのはポロニウム210というロシアでしか製造されていない危険な放射性物質だと断定されたのを受け、捜査現場は厳戒態勢に。ロンドン警視庁は科学者たちに防護服を着用させ、事件当日にリトビネンコと彼が会った人物たちが訪れたレストランやホテル、彼らが入国の際に乗った飛行機の座席などの放射能汚染度を徹底的に調べ、暗殺の実行犯を割り出すが…。
ロシア当局に協力を依頼した捜査班はモスクワに刑事を送り、毒殺実行犯の容疑者となっているアンドレイ・ルゴボイとドミトリー・コフトンの事情聴取を試みるが、ロシア当局に翻弄され予期せぬ展開に陥る。一方、ロンドンでは、リトビネンコにポロニウム210を服用させる凶器として使われた物を突き止めるため、現場となったホテルのティーポットを徹底的に調べることになるが…。
放射能が検出されたティーポットを元に犯人を特定した警察は捜査を終了する。しかし、リトビネンコの妻マリーナは人権派の弁護士を雇い、イギリス内務省の公開調査委員会でプーチン大統領の関与を主張して闘いを継続。事件発生から10年が経過した2016年、委員会はプーチン大統領が暗殺を承認していた可能性が高いとする調査結果を発表、それを受けてイギリス政府としての正式見解が表明される。
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