I Paris anno 1917 arbejder den sensuelle Mata Hari (Greta Garbo) under dække som erotisk danserinde. I virkeligheden er hun tysk spion, og som sådan er hun ekspert i at forføre og krænge militære hemmeligheder ud af højtstående officerer. Det er allerede gået ud over den russiske general Shubin (Lionel Barrymore), og nu har hun kastet sine øje på den unge og ambitiøse løjtnant Rosanov (Ramon Navarro). Men det hemmelige politi er på sporet af hende.
