«Red Joan» fortel om ein framifrå fysikkstudent, som før andre verdskrig blir dregen inn i det kommunistiske miljøet ved Cambridge. Det er kjærleiken som først lokkar den tilsynelatande sunt skeptiske Joan mot dei Komintern-tru – midt under Moskva-prosessane. Den veltalande, russisk-jødiske flyktningen Leo appellerer til den naive og skoleflinke ungjenta. Når ho seinare, under verdskrigen, blir tilbode arbeid ved det hemmelege atomprosjektet «Tube Alloys», får Joan merka Leos kynisk side.