London in den 1960er Jahren: Sergeant Harry Palmer, in Diensten des Verteidigungsministeriums, laut Personalakte „arrogant, anmaßend und äußerst undurchsichtig“, wird von einer Observation zu seinem Vorgesetzten Colonel Ross zitiert. Ross befiehlt ihm, zu einer kleineren Spionageabwehr-Einheit zu wechseln, unter Leitung von Major Dalby. Palmer ersetzt einen Agenten, der bei dem Versuch, die Entführung des britischen Atomphysikers Radcliff zu verhindern, getötet wurde.

Dalby stellt Palmer sein Team vor, zu dem die junge Jean Courtney, die Palmer zunächst ignoriert, und der freundliche Jock Carswell gehören. Dalby beauftragt sie, eine Person albanischer Herkunft namens Grantby sowie dessen rechte Hand Housemartin zu finden. Dalby glaubt, bei der Entführung ginge es um Lösegeld, und Grantby wäre der Drahtzieher.

Trotz einer Menge unnötiger Bürokratie kann Palmer durch einen Kontakt bei Scotland Yard Grantby und Housemartin aufspüren, doch die beiden überlisten ihn und entkommen. Als Palmer in seine Wohnung zurückkehrt, trifft er dort Jean an, die von Dalby geschickt wurde, um nach ihm zu schauen. Die beiden freunden sich an. Jock und Palmer erfahren, dass Housemartin verhaftet worden ist, aber als sie das Polizeirevier erreichen, finden sie ihn nur noch tot vor. Er wurde von jemandem, der sich als Harry Palmer ausgab, liquidiert. Bei der Durchsuchung der Lagerhalle, in der Housemartin aufgegriffen wurde, findet man nur ein loses Tonband mit der Beschriftung „Ipcress“. Auf dem Band ist eine verstörende Geräuschkulisse.

Beim Einkaufen wird Palmer von Ross abgefangen, welcher ihn bittet, Dalbys Aktivitäten unter die Lupe zu nehmen. Palmer lehnt ab, und ist auch der Überzeugung, Jean würde für Ross spionieren, trotzdem verlieben die beiden sich.

Grantby wird kontaktiert, und die Übergabe von Atomphysiker Radcliff für 25.000 Pfund Sterling wird vereinbart. Der Austausch geht schief, ein Auto rast auf die Gruppe zu, und Palmer erschießt einen Eindringling. Der Tote war CIA-Agent, der ebenfalls auf Grantby angesetzt war. Palmer wird daraufhin von einem CIA-Mann namens Barney mit der Drohung bedrängt, ihn umzubringen, sollte er herausfinden, dass es kein Unfall war. Tage später wird klar, dass Radcliff mental schwer Schaden genommen hat und nicht mehr als Wissenschaftler eingesetzt werden kann. Jock hat derweil herausgefunden, dass Radcliff einer Gehirnwäsche unterzogen wurde.

Jock leiht sich Palmers Auto, um Radcliff zu untersuchen, und wird an einer roten Ampel erschossen. Palmer ahnt, dass die Kugel ihm gegolten hat, und zieht bei Jean ein, bis die Sache ausgestanden ist. Im Büro stellt er fest, dass die von Jock zusammengestellte Ipcress-Akte, in der 16 weitere behandelte Wissenschaftler aufgeführt sind, aus seinem Schreibtisch gestohlen worden ist. In seinem Apartment findet er die Leiche des CIA-Mannes Barney. Daraufhin berichtet Palmer Major Dalby, was passiert ist, und bezichtigt Ross des Verrats. Dalby rät ihm, die Stadt für eine Weile zu verlassen, da er unter Mordverdacht stehen wird. Im Zug nach Paris wird Palmer von Grantbys Männern gefangen genommen.

Nach sieben Tagen in einer kalten Zelle, anscheinend in Albanien und ohne Schlaf oder Essen, wird Palmer klar, dass dies nur das Vorspiel zu einer Gehirnwäsche war. Während der psychologischen Foltersitzungen, in denen der unter Medikamenteneinfluss stehende Palmer zu den Tönen des Ipcress-Tonbands und psychedelischen Bildern konditioniert wird, fügt er sich mit einem Nagel aus seiner Zelle selbst Schmerzen zu, um sich von der Tortur abzulenken. Nach weiteren drei Tagen scheint er auf das Verfahren anzusprechen. Grantby verankert ein Schlüsselwort in Palmers Unbewusstem, das seinen freien Willen ausschaltet und ihn jeden Befehl ausführen lässt.

Palmer gelingt es, die Wachposten zu überwältigen. Er nimmt eine Waffe an sich und entkommt. Im Freien erkennt er, dass er sich die ganze Zeit mitten in London befand. Er ruft Dalby an, von dem sich nun herausstellt, dass er mit Grantby unter einer Decke steckt. Dalby spricht das Schlüsselwort und lässt Palmer Ross zu dem Gebäude rufen. Als Dalby und Ross ankommen, soll Palmer Ross erschießen. Doch Ross hat Dalby längst verdächtigt und Palmer gerade wegen seiner Neigung zur Insubordination auf ihn angesetzt. Palmer überwindet die psychologische Programmierung und erschießt Dalby. Palmer wirft Ross vor, ihn skrupellos benutzt zu haben. Ross antwortet, das sei es, wofür man Palmer bezahle.