Đặc Vụ Xuyên Quốc Gia xoay quanh hành trình truy lùng tổ chức tội phạm nguy hiểm của ba đặc vụ đến từ ba quốc gia: Triều Tiên, Hàn Quốc và Mỹ. Lim Cheol-ryung (Hyun Bin) là đặc vụ Triều Tiên tài năng và lạnh lùng, được giao nhiệm vụ truy bắt tên tội phạm Jang Myung-jun (Jin Sun Kyu) - kẻ đứng đầu tổ chức buôn lậu vũ khí. Trong quá trình điều tra, anh buộc phải hợp tác với Kang Jin-tae (Yoo Hae Jin) - thám tử thuộc đơn vị An ninh mạng Hàn Quốc, và Jack (Daniel Henney) - đặc vụ FBI.