全球热恋电影故事发生在1984年，马东（胡军 饰）是一名国安侦察员，他被派往军工202厂，潜伏在此处保证“蓝鱼”号核潜艇的研制顺利进行，与此同时，一帮邪恶的外国势力正在虎视眈眈的企图得到核潜艇的机密图纸，而他们所派出的间谍亦藏身于202厂之中。