《秘密决定》以第二次世界大战为背景，讲述了盟军女杀手西蒙执行一项特殊任务：刺杀德国科学家埃米尔。埃米尔比美国更早掌握了制造原子弹的方法，如今带着这项危险的秘密，准备逃往瑞士。然而，德国方面也没有放过他，另一名科学家柯尼希正率领士兵一路追捕。
随着追逐不断升级，西蒙与埃米尔之间逐渐产生了浪漫情愫，而爱情故事也与量子力学的奇异概念交织在一起。影片采用黑白影像拍摄，营造出仿佛穿梭于不同时空的独特氛围，甚至让人不禁怀疑，原子弹的原型或许真的曾经留在那列火车上。
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