Ein Jahr nach den Anschlägen vom 11. September schließt sich CIA-Analystin Maya der Suche nach Osama bin Laden an. Was zunächst wie eine gezielte Ermittlung beginnt, entwickelt sich zu einer jahrelangen, kräftezehrenden Jagd nach Hinweisen, Kontaktpersonen und bin Ladens Aufenthaltsort. Rückschläge prägen die Suche – ebenso wie der Verlust einer engen Kollegin, die bei einem Bombenanschlag auf ein Treffen mit einem Informanten ums Leben kommt.

Der Tod ihrer Kollegin bestärkt Maya darin, die Ermittlungen mit noch größerer Entschlossenheit voranzutreiben. Schließlich führen die Hinweise zu einem Anwesen im pakistanischen Abbottabad, in dem sich bin Laden vermutlich versteckt hält. Maya erhält die Zustimmung der höchsten Stellen für die Operation „Neptune’s Spear“: den nächtlichen Einsatz, der am 2. Mai 2011 um 00:30 Uhr beginnt – „Zero Dark Thirty“.