Supervakooja Lance Sterling ja tiedemies Walter Beckett ovat lähes täydellisiä vastakohtia toisilleen. Lance on tyylitelty, sulavakäytöksinen ja hienostunut. Walter on… jotain täysin muuta. Walterilta puuttuu sosiaaliset taidot, mutta hän korvaa sen älykkäillä ja kekseliäillä asioilla. Hän luo mahtavia vempaimia, joita Lance käyttää eeppisissä tehtävissään. Yllättäen tapahtuu jotain täysin odottamatonta, jolloin Walter ja Lance joutuvat yhtäkkiä luottamaan toisiinsa aivan uudella tavalla. Tämän oudon parivaljakon on opittava toimimaan tiiminä, koska muuten koko maailma on vaarassa. Vakoojat valepuvuissa on animoitu komedia, joka sijoittuu kansainvälisen vakoilun korkea-oktaaniseen maailmaan!