20世纪最为震惊的冤案之一，无疑就是美国的罗森堡夫妇间谍案件。1949年，苏联成功试爆原子弹，打破了美国长期掌控核武的霸主地位。美国当时展开了大规模的肃清行动，许多科研人员被抓捕，其中就包括了罗森堡夫妇。
他们的家里当时只剩下两个年幼的孩子。艾瑟尔作为母亲，被迫与孩子们分离，但她坚信自己是无辜的，等待着最终的无罪释放和与孩子们重逢的那一天。然而，现实无情地给了她一记沉重的打击，艾瑟尔最后一次见到孩子们，竟是在监狱里。
1950年夏天，艾瑟尔作为家庭主妇，正在厨房为两个孩子做饭。6岁的儿子马上放学回家，3岁的儿子独自玩耍，偶尔跑来厨房捣乱。艾瑟尔有个严格的规矩，厨房是个油烟四溅的地方，随时可能起火，所以她总是禁止孩子们进入厨房。
她的丈夫朱利叶斯是共产主义青年团的领导人之一，经常忙于饭局，很少回家吃饭。通常，都是艾瑟尔和两个孩子一起吃饭，如果做的饭多，她会打包好送给住在附近的弟弟戴维。戴维和妻子露丝都在科研机构工作，平时很忙，不能照顾孩子。作为姑姑，艾瑟尔时常照顾他们的两个孩子。对于她来说，照顾孩子是她的“本职工作”，而作为家庭主妇，她把时间安排得井井有条，尽量保持家庭的和谐。
然而，艾瑟尔的一天在一个突然的敲门声中彻底改变。她正准备给孩子们吃饭时，门外传来了敲门声，她下意识地以为是丈夫忘带钥匙，于是放下碗筷去开门。但她打开门后，看到了一群穿着制服的陌生男子，他们出示了FBI证件。接着，艾瑟尔就被莫名其妙地带走了，等待她的是一场无法想象的审讯，罪名竟然是“涉嫌窃取美国核情报，泄露给苏联”。
艾瑟尔无法相信自己会被指控为间谍。她从未接触过任何与苏联有关的事情，至于核情报，更是从未有过。她只是一个普通的家庭主妇，丈夫虽然是共产主义青年团的领导，但他并不是科研人员，根本不可能接触到核情报。然而，FBI却拿出了证人和证词，其中最令人震惊的，是她的亲弟弟戴维站出来指证她。
在艾瑟尔面前，戴维声称艾瑟尔打印并将核情报交给了苏联特工。艾瑟尔连连否认，坚称自己从未做过这种事。可戴维却坚持说，核情报是他交给姐姐的，希望她能够转交给苏联特工。艾瑟尔愤怒而绝望，她无法接受亲弟弟的背叛。每一次去戴维家送饭，竟然成了她与苏联特工联系的“证据”。
尽管面临种种荒谬的指控，艾瑟尔始终拒绝认罪。她坚信，真相终将水落石出。可悲的是，艾瑟尔被关进监狱后，最令她担心的，还是自己的两个孩子。她只能写信给亲戚，恳求他们照看孩子们。为了让孩子们不担心，她和丈夫总是以愉快的语气写信给他们，尽管孩子们太小，看不懂太多字，但亲戚会为他们朗读这些信件。艾瑟尔还特地托人买了许多儿童心理学书籍，想尽一切办法不耽误孩子们的教育。
监狱的日子漫长而无聊，艾瑟尔常常幻想自己出狱后的日子，想带着孩子们去旅行，看看更广阔的世界。这些美好的期盼成了她忍受酷刑的动力。她不敢认罪，因为一旦认罪，便再也见不到自己的孩子。
罗森堡夫妇的案件在美国引起了极大的关注。前总统胡佛和现任总统艾森豪威尔在处理此案时意见不合。胡佛认为证据不足，不该判处他们死刑，但艾森豪威尔依然坚持判决他们死刑。社会上也有许多人为夫妇俩奔走，抗议美国政府草率判决。连梵蒂冈的教皇也为艾瑟尔求情。著名科学家爱因斯坦也公开支持罗森堡夫妇，认为他们不应死于此案。
然而，最终艾瑟尔和丈夫朱利叶斯还是被判处死刑。得知这个消息时，艾瑟尔泪如雨下。她只不过是一个普通的家庭主妇，没想到命运竟如此残酷，她也只能放下所有的遗憾，接受这一切。尽管如此，她还是决定在最后见孩子们一面时保持微笑，不让他们看到她的泪水。
在最后的探视中，两个孩子已经长大了不少，艾瑟尔紧紧抱住他们，叮嘱他们：“一定要好好读书，做对社会有用的人。”她努力克制住自己的情绪，尽量不让悲伤溢于言表。丈夫朱利叶斯拍了拍她的肩膀，两人相视而泣。
行刑时，艾瑟尔被押上电椅，220伏的电流冲向她的身体。令人惊讶的是，艾瑟尔竟然撑过了五次电击，直到她的身体被电成焦炭，才宣告死亡。
罗森堡夫妇死后，他们的两个孩子被送进了孤儿院。曾经幸福的家庭完全破碎，但幸好，音乐作曲家亚伯·米若珀尔挺身而出，他一直为罗森堡夫妇辩护，支持他们无罪。他得知两人孩子无人照料后，立刻收养了迈克尔和罗伯特，告诉他们，等你们长大了一定要为父母洗清冤屈。
多年后，苏联解体，许多秘密档案被公开，证明艾瑟尔并未参与间谍活动，朱利叶斯也从未向苏联提供核情报。更重要的是，当年给他们定罪的“证据”——戴维的证词，最终被证明是伪证。戴维承认，他为了保住妻子，不得已撒谎，指控姐姐。最终，迈克尔和罗伯特为父母的冤屈奔走了半个世纪，直到终于获得了真相的公正。
长大后的迈克尔成为了一名经济学教授，罗伯特成为了律师，他们成立了“罗森堡儿童基金”，专门帮助像他们一样被冤枉的孩子们。虽然真相终于大白，但对艾瑟尔和朱利叶斯来说，最大的遗憾永远是无法亲眼见证孩子们的成长。