Dans le quartier du Marais, à Paris, Hannah Weinberg, directrice du Centre pour la recherche sur l'antisémitisme en France, meurt dans un attentat à la bombe revendiqué par Daech. L'espion israélien Gabriel Allon est alors sollicité pour retrouver Saladin, énigmatique leader terroriste, et prévenir de futurs carnages. Pour mener à bien sa mission, infiltrer un espion au sein de Daech semble la meilleure option. 
Gabriel réquisitionne alors Natalie, une jeune femme juive, brillante, exerçant comme médecin dans un hôpital de Jérusalem. Elle devra incarner une Palestinienne avide de vengeance et intégrer les rangs de l'ennemi. Elle commence alors un entraînement pour devenir une autre : Leila...