アメリカ・CIAの分析官、イブリン・ソルト(アンジェリーナ・ジョリー)は、北朝鮮におけるスパイ活動中に捕らえられる。激しい尋問の中、核に関する諜報活動を行っていたことなど、彼女は絶対に口を割らなかった。

死を覚悟していたが、アメリカと北朝鮮の捕虜トレード交渉が行われ、ソルトは解放される。その解放の影に、スパイ活動を行う上で利用した世界的なクモの研究家・マイクが嘆願書を大使館に提出したことがあった、と知らされる。ただ利用するだけと思っていた男性だったが、ソルトは彼に別の感情を持つようになった。

2年後、ソルトとマイクは結婚し、幸せな日々を暮らしていた。また、CIAで働くことも継続しており、上司であるウィンター(リーヴ・シュレイバー)の下、諜報活動に当たっていた。

そんな中、突然現われたロシアからの亡命者・オルロフ(ダニエル・オルブリフスキー)を尋問する。特殊スパイ養成機関の元教官だという彼は、"KAプログラム"のことを語り出す。"KAプログラム"とは、冷戦時代のソ連で、優秀な子どもたちを集めて徹底したスパイ教育を施し、訓練に耐えた者だけをアメリカに潜伏させ、一斉に戦争をしかける「Ｘデー」を何十年も待ち続けさせるというものだった。

そして、アメリカに長年潜伏してきたロシアのスパイが、訪米中のロシア大統領を暗殺すると予告する。そして、そのスパイの名は「イブリン・ソルト」だと告げる。

一転して二重スパイ容疑をかけられたソルトは、身の潔白を訴えるが聞いてもらえず、最愛の夫の身を案じてCIA本部から、オルロフ逃亡の隙を狙って逃走する。だが自宅に夫の姿はなく、何者かに連れ去られた形跡が残っていた。夫を捜すべく、さらにソルトは奔走する。
ロシア大統領が式典に参加する中、ソルトは潜入して彼を襲う。大統領を射殺(実際はクモの毒を注入しただけで、仮死状態にしただけ)した後に、彼女はわざとピーボディに逮捕される。だが、「撃てたはずなのに、彼女は撃たなかった」と、わざと捕まったかのような彼女の態度に、ピーボディは戸惑う。護送中、彼女は再び逃げ出す。

ロシア大統領暗殺という大役を果たした後、ソルトはオルロフの元に向かう。実は、彼女はロシアで対米諜報員として育てられたスパイだったと明かされる。ともにスパイとして育てられたかつての同士たちと再び出会う。その船上で、マイクはソルトの目の前で射殺されてしまう。平静を装い、彼女はオルロフの信頼を取り戻し、安心させたところでオルロフを殺害する。また、船内に居たかつての同士を殲滅させる。

オルロフから聞いた「アメリカ大統領を暗殺し、核発射を行う」という計画を止めるべく、ソルトはホワイトハウスに向かう。そこで、NATO軍人に扮してロシア諜報員とともにソルトは潜入する。大統領の安全を確保するため、ウィンターたちはシェルターのような厳重な警備施設に逃げ込む。

そこでウィンターは本性を現し、大統領以外を殲滅する。ウィンターは、ソルトと同様に諜報員として育てられたロシア側のスパイだった。テヘランに向けて核発射を行うよう、準備するウィンター。そこで、ソルトはウィンターに対峙する。ウィンターは「オルロフにソルトがスパイだと告げさせたのは自分だ。そして、罪を着せようとした」と告げられる。

ウィンターに挑み、間一髪、発射を免れたが、ピーボディやFBIに拘束されるソルト。その途中で、亡き者にされそうになったウィンターを手錠で殺害する。その護送中のヘリで、彼女はピーボディに「ウィンターが黒幕。他にも、ロシアのスパイたちがまだいる。他の誰がそいつらを殲滅できるの？誰かがやらなければ」と告げる。

オルロフの殺害現場に、ソルトの指紋があったことをメールで知らされたピーボディは、彼女の手錠の鍵を外し、逃亡の手助けをする。ヘリから飛び降り、彼女はテロを食い止めるべく、再び奔走する。


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