Ende der 40er Jahre sind Martha Beck (Salma Hayek) und Raymond Fernandez (Jared Leto) in ganz Amerika als "Lonely Hearts Killer" berüchtigt: Das Mörderpärchen erschleicht sich das Vertrauen von Kriegswitwen, um sie auszurauben und zu ermorden. Die landesweite Fahndung leiten die beiden altgedienten und berufsmüden Polizisten Charles Hildebrandt (James Gandolfini) und Elmer C. Robinson (John Travolta), der um seine Frau trauert, die sich das Leben nahm. Während die beiden Killer in ihrem wildromantischen Wahn versinken, wird die Verfolgung für die beiden Cops ebenfalls zur Obsession.