四天后，马丁在柏林一家医院醒来，记忆出现碎片化缺失，只模糊记得自己的身份和妻子。他焦急地联系酒店，却被告知“马丁·哈里斯夫妇”早已退房；赶到妻子可能停留的会场，眼前的景象让他如遭雷击：一个与他长相几乎一致的男人艾丹·奎因 饰正亲昵地挽着伊丽莎白的手臂，而伊丽莎白竟全不认识他，甚至报警称他是“骚扰者”。更诡异的是，这个“假马丁”不仅持有马丁的护照、会议邀请函，甚至能流利复述马丁的研究细节，酒店员工、峰会主办方都认他为“真正的马丁·哈里斯”。
孤立援的马丁被当作精神病人驱赶，他意识到自己陷入了一场精心策划的身份替换阴谋。为证明自己，他偷偷潜入医院档案室，找到车祸当晚的接诊记录，却发现自己的名字被篡改；联系美国大使馆，官员也因“假马丁”提供的“确凿证据”而拒绝相信他。绝望中，马丁想起车祸时救他的出租车司机——一位名叫吉娜戴安·克鲁格 饰的非法移民。吉娜因担心被移民局追查，起初不愿卷入，但在马丁被不明人士追杀时，她出于恻隐之心出手相助，成为马丁唯一的盟友。
两人在躲避追杀的过程中，逐渐拼凑出真相：马丁的研究项目一种可替代石油的高效生物能源技术触动了某跨国组织的利益，该组织计划窃取他的研究成果，并让“假马丁”以他的身份推动技术商业化。而伊丽莎白并非同谋，她在马丁车祸后被组织控制，服用了致幻药物，导致记忆被篡改，误以为“假马丁”才是丈夫。马丁还回忆起车祸前的关键细节：他在机场大巴上发现公文包被人动过手脚，里面的研究数据可能已被调换，这才冒险返回取包，却被组织设计制造了“意外”车祸。
为夺回身份并揭露阴谋，马丁和吉娜冒险潜入峰会 venue。此时，“假马丁”正准备在会上发布被篡改的研究报告。马丁在会场与“假马丁”当面对峙，混乱中，他利用自己对研究细节的独特记忆只有真正的研究者才知道的技术漏洞，当着所有参会者的面戳穿了“假马丁”的谎言。组织成员试图灭口，马丁与对方展开激烈搏斗，吉娜则趁机联系警方和媒体。 最终，在警方和媒体的介入下，组织阴谋败露，“假马丁”及幕后主使被逮捕，伊丽莎白的药物效果逐渐消退，恢复了对马丁的记忆。马丁不仅夺回了身份，还保护了研究成果不被滥用。而吉娜也因协助揭露阴谋，获得了德国政府的特殊居留许可。影片最后，马丁与伊丽莎白相拥，阳光透过柏林的建筑洒下，身份的迷雾彻底散去。