Durante el invierno de 1952, las autoridades británicas entraron en el hogar del matemático, analista y héroe de guerra Alan Turing, con la intención de investigar la denuncia de un robo. Al final acabaron arrestando a Turing acusándole de indecencia grave, un cargo que le supondría una devastadora condena por una ofensa criminal: ser homosexual. Los oficiales no tenían ni idea de que en realidad estaban incriminando al pionero de la informática actual. Liderando a un heterogéneo grupo de académicos, lingüistas, campeones de ajedrez y oficiales de inteligencia, se le conoce por haber descifrado el código de la inquebrantable máquina Enigma de los alemanes durante la Segunda Guerra Mundial.

Abril de 1945, la guerra está a punto de acabar. Al mando del veterano sargento Wardaddy una brigada de cinco soldados americanos a bordo de un tanque -el Fury- ha de luchar contra un ejército nazi al borde de la desesperación, pues los alemanes saben que su derrota estaba ya cantada por aquel entonces.

Tras varios años de investigación de la CIA, que incluyó torturas a prisioneros en Afganistán, y gracias sobre todo a la perserverancia y decisión de la agente especial Maya (Jessica Chastain), por fin el presidente Obama dio el visto bueno a la operación militar que acabó con la vida de Osama Bin Laden, líder de Al-Qaeda. El título, "Zero Dark Thirty", se refiere a la hora: las 00:30 de la madrugada del 2 de mayo de 2011, momento en que el comando SEAL de los marines penetró en la residencia de Bin Laden en Abbottabad, en Pakistán, para dar caza al hombre más buscado de la historia