Basada en un hecho real, esta enigmática y sorprendente película narra la historia de René Gallimard (Jeremy Irons), un diplomático francés que trabaja en la Embajada Francesa en Pekín en 1964. Una noche asiste a una función en la embajada suiza, en la que se representa la ópera de Puccini «Madama Butterfly»: la historia trágica del amor entre una mujer oriental y un hombre occidental. Allí queda prendado de la actriz protagonista, Song Liling (John Lone), y pronto querrá conocerla más a fondo. Dejando de lado a su esposa, René empieza a frecuentar la casa de Song y muy pronto le declarará su amor.

Sin embargo hay un pequeño detalle que René ignora: Song en realidad es un hombre. De hecho, en la ópera de Pekín, los personajes femeninos estaban interpretados por hombres. Pero hay más: no sólo es un hombre, probablemente homosexual, sino que además es un espía que intentará sacar información confidencial al diplomático francés. A pesar de la relación que están teniendo, René nunca ve desnuda a Song, con lo que nunca será consciente de la farsa.

Con el tiempo, René es ascendido a un puesto de importancia en el servicio secreto. Song aprovechará para enterarse a través de él de asuntos relacionados con la Guerra de Vietnam. Y para evitar que acabara descubriendo el engaño, decide decirle que está embarazada.