五十度灰故事发生在二十世纪四十年代初。国军密码专家白大怡（许文广 饰）不慎被日军诱捕，在被迫为敌方服务时，他偶然发现日军正在研制一种惨绝人寰的药物，该药给儿童服用后，能阻断儿童大脑神经中枢，变为任人宰割的奴役。良知未泯的白大怡决心用生命做代价揭露日寇的暴行。不久，国共双方均获悉了敌人这一罪恶阴谋，延安方面启用了潜伏在国民党军统局的高级特工林婴婴（梅婷 饰），重庆方面则派出特工金深水（王志飞 饰），先后深入敌穴，以粉碎日军的阴谋。他们在日寇科研心脏，与川岛野夫（霍青 饰）、小野等人展开了你死我活的殊死较量。林婴婴在战斗中成功策反金深水，自己则不幸牺牲......