查理先生名下有三位才华出众且身手了得的女助手，她们专门听从查理的指令，为社会伸张正义。她们分别是：娜塔莉（卡梅伦·迪亚兹饰）、戴兰（茱莉·巴里摩尔饰）和艾利克斯（刘玉玲饰）。最近，她们接到了一个新的任务：艾瑞克·克诺斯（萨姆·罗克韦尔饰）研发了一种尖端语音识别系统。但是，艾瑞克遭到了绑架，这支“天使”小组需要从歹徒手中将他解救出来。因为艾瑞克创造的这套高科技系统如果被犯罪分子利用，将会带来严重后果。三位“天使”经过分析所有线索，很快锁定了艾瑞克的竞争者，并怀疑对方负责人罗格为主谋。于是，她们日夜监控罗格的行动，并掌握了一些关键性的证据。但是，就在她们准备大展拳脚解救艾瑞克时，一通电话打乱了她们的计划。 娜塔莉·库克、迪伦·桑德斯和亚历克斯·芒迪是“天使”团队的核心成员，她们聪明绝伦且魅力非凡。三人受命于神秘富翁查理·汤森德，作为他的私人侦探。查理通过办公室的扬声器与她们沟通，一旦需要，他的助手博斯利也会与她们一起行动。 查理指派天使们去寻找软件天才埃里克·诺克斯，这位奇才发明了革新的语音识别系统，并创立了诺克斯企业。据称，他被罗杰·科温绑架，科温经营着一家名为红星的通讯卫星公司。 天使们巧妙地潜入了科温的派对，发现了监控录像中一名与诺克斯绑架案相关的可疑人物。她们将此人称为“瘦子”，并随即展开追捕行动。尽管“瘦子”最后逃脱，但天使们成功找到了被安全绑住的诺克斯。 在让诺克斯与他的商业伙伴维维安·伍德重聚后，查理解释她们需确认证据，看看“瘦子”是否窃取诺克斯的软件。天使们因此渗入红星总部，巧妙绕过安全系统，并在中央电脑中安放了设备，实现了远程监控。任务完成后，她们将电脑交给博斯利，稍作休息。 迪伦接受了诺克斯的邀请，度过了一个美好的夜晚，然而诺克斯背叛了她。与此同时，娜塔莉和亚历克斯遭到袭击，博斯利也被维维安绑架，而科温则被“瘦子”所杀。诺克斯承认他绑架的真实意图是利用天使们入侵红星的卫星系统，并计划与其软件追踪查理，因为他认为查理在越战中杀死了他的父亲。 迪伦成功逃脱，并与幸存的娜塔莉和亚历克斯汇合。当她们到达查理的办公室时，建筑物发生了爆炸。幸好，她们找到了一个无线电接收器，通过博斯利植入牙齿里的发射器联系上他。博斯利提供的线索帮助娜塔莉推测出他被困地点：一座废弃的灯塔。在迪伦的男友查德的帮助下，天使们悄悄接近目标位置，迪伦被抓住并封住了嘴。 虽然未能阻止诺克斯确定查理的下落，但天使们成功救出了博斯利，并消除了对她们的威胁。她们联手击败了维维安、“瘦子”及其他敌人，但诺克斯却炸毁了灯塔，并乘直升机前往查理的住处。博斯利协助天使们登上飞机，亚历克斯成功重编导弹，使之反向攻击，三人安全降落后，成功击毁了直升机并消灭了诺克斯。 想着终于可以见到查理本人，然而当她们进入诺克斯目标的海滨别墅时，发现查理已离开。查理通过扬声器向天使们表示祝贺，并邀请她们和博斯利去度假，并且揭示诺克斯的父亲原是一名双面间谍，真正的死因是敌人而非查理。 通话中与查理交流时，迪伦似乎看到他就在附近使用手机，但选择保持沉默，向查理举杯致意。博斯利则开玩笑地将饮料泼向天使们，在海滩上她们追逐着博斯利。远处，查理的身影静静观察着这一切，然后悄然离去。