Die Handlung von Ein Quantum Trost bindet zum ersten Mal in der Bond-Filmgeschichte direkt an einen Vorgänger (Casino Royale) an. Der Film startet mit einer actionreichen Verfolgungsjagd mit Bonds Aston Martin in Italien, die in Siena endet. Man erfährt, dass Bond Mr. White (bekannt aus Casino Royale, Mitglied der Terrororganisation Quantum) gefangen genommen hat.
Bond fährt mit seinem Aston Martin in eine Art Tunnelgebäude, in dem sich schon M und deren Leibwächter befinden und auf ihn warten. M und Bond führen eine Unterhaltung, in dem sie ihm ein Foto von Vespers (Bondgirl aus Casino Royale, die beiden wollten heiraten, Vesper verrät ihn, nimmt sich am Ende das Leben) Freund zeigt, dessen Tod vorgetäuscht wurde, damit der MI6 nicht mehr nach ihm sucht. M stellt die Vermutung auf, dass Bond vorhat ihn zu jagen um Vespers Tod zu rächen.
Zusammen verhören sie White, der sich nur über die beiden lustig macht und erwähnt, dass seine Organisation ihre Leute überall hat. Daraufhin schießt der Leibwächter von M sowohl auf Bond als auch auf M und flüchtet anschließend. Bond verfolgt ihn durch die Zuschauermenge eines Pferderennens in Siena und tötet ihn letztendlich. Als Bond wieder zum Ort des Verhörs zurückkehrt, ist White geflohen.
M überlebt und trifft Bond anschließend in der Wohnung ihres ehemaligen Leibwächters in London, in der sie Hinweise auf die Organisation sucht, für die er gearbeitet hat. Der MI6 findet durch Rückverfolgung von gefälschtem Geld ein Mitglied von Quantum, das in einem Hotel in Haiti eingecheckt hat und hat damit eine Spur, die Bond verfolgen kann.
Bond reist nach Haiti, bricht dort in das Hotelzimmer ein und tötet den Mann in einem Kampf, ohne ihn zu verhören. An der Rezeption gibt er sich als der Hotelgast aus und kommt so in den Besitz eines Koffers, der für das Quantummitglied abgegeben wurde. Als Bond das Hotel verlässt und auf die Straße geht, hält eine Frau, die sich später als die bolivianische Agentin Camille herausstellt,vor dem Hotel und fordert ihn dazu auf in ihr Auto einzusteigen. Bond entscheidet sich dafür, seine Rolle als Quantummitglied weiterzuspielen und steigt ins Auto.
Kurze Zeit später werden die beiden von einem Mann auf einem Motorrad verfolgt. Bond öffnet den Koffer, in dem sich eine Waffe und ein Bild von Camille befinden und steigt aus dem Auto, nachdem es Camille nicht gelungen ist ihn zu erschießen.
Bond nimmt sich gewaltsam das Motorrad des Verfolgers und verfolgt nun Camille bis zu einem Bootshafen. Camille trifft im Hafengebäude auf Dominic Greene, Quantummitglied und Liebhaber Camilles, den sie aufgrund des für sie vorgesehenen Auftragkillers zur Rede stellt. Greene weiß zu diesem Zeitpunkt nicht, dass Camille eine bolivianische Agentin und im Grunde nur darauf aus ist, ihre Familie zu rächen, die von General Medrano getötet wurde.
Greene versucht, den General als Staatsoberhaupt von Bolivien einzusetzen. Als Gegenleistung verlangt Greene ein scheinbar wertloses Stück Wüste. Tatsächlich befinden sich dort große unterirdische Wasservorräte, die Greene teuer verkaufen will, da er zuvor durch Staudämme eine Dürre herbeigeführt hat. Camille soll dem General als süße Abrundung des Geschäfts überlassen werden, was ihren Racheplänen nur entgegen kommt, da sie die Möglichkeit bekommt mit dem General alleine zu sein.
Bond beobachtet die Szene und denkt, Camille sei in Gefahr. Er klaut ein anderes Boot um sie zu retten. Wieder an Land lässt er die inzwischen bewusstlose Camille bei einem Hotelpagen und lässt Greene vom MI6 überprüfen. Dieser sitzt inzwischen in einem Flugzeug nach Bregenz mit Felix Leiter und dem Leiter der Südamerika-Abteilung der CIA, der Greene unterstützen will und sich dafür Ölvorräte für die USA ausrechnet.
Bond ortet Greene in Bregenz und belauscht während einer Tosca-Aufführung der Bregenzer Festspiele in ein verstecktes Treffen und kann mehrere Komplizen und Verbündete Quantums enttarnen, unter denen sich auch Mr. White befindet, der allerdings von Bond nicht entdeckt wird.
Bond lässt den Leibwächter des Sondergesandten des Premierministers in der Annahme, er arbeite für Quantum, von einem Dach fallen, was wiederum M in Erklärungsnot bringt. Sie ruft ihn zurück nach London, doch da er ihren Anweisungen nicht nachkommt, lässt sie seine Konten, Kreditkarten und Pässe sperren. Dadurch bleibt Bond nichts anderes übrig als Hilfe bei Rene Mathis zu suchen, der ihn in Casino Royale verraten zu haben schien. Mathis erkennt, dass Bond noch viel an Vesper und besonders an ihren Tod denkt und behauptet, sie sei nur für ihn gestorben.
Mathis und Bond reisen zusammen nach Bolivien, wo sie von Ms. Fields empfangen werden, einer Mitarbeiterin des britischen Konsulats, die ihn zurück nach England schicken soll. Bond und Fields kommen sich näher.
Auf einer Benefizveranstaltung von Greene Planet, der Scheinfirma von Dominic Greene, die vorgibt zur Rettung der Umwelt beizutragen, trifft Bond Greene und Camille wieder. Er verlässt die Party mit Camille, die ihm Greenes Projekt zeigen soll, doch die beiden werden kurze Zeit später von der Polizei angehalten. Die Polizisten fordern Bond dazu auf, den Kofferraum seines Wagens zu öffnen, in dem sich Mathis befindet. In einer Schießerei tötet Bond die beiden Polizisten und benutzt Mathis als Schutzschild, der daraufhin angeschossen wird und stirbt.
Bond und Camille machen sich wieder auf den Weg und fliegen über die Wüste, in der sich Greenes Projekt befinden soll. Sie werden allerdings von einem anderen Flugzeug verfolgt und abgeschossen. Sie landen nverletzt in einer Höhle, in der Bond von Camille erfährt, was Medrano ihrer Familie angetan hat. Durch Zufall entdecken sie einen der unterirdischen Wasservorräte, die Greene in der Wüste besitzt.
Bond und Camille kehren in das Hotel in Bolivien zurück, indem Bond und Fields zuvor eingecheckt haben. M und einige MI6-Agenten erwarten Bond schon, dieser sieht die tote, mit Öl übergossene Fields und soll suspendiert werden. Er weigert sich aufzugeben, entwaffnet die Agenten, die ihn aufhalten sollen und flieht mit der vor dem Hotel wartenden Camille.
Bond nimmt Kontakt zu Felix Leiter auf, der ihm verrät, dass Greene und Medrano planen, sich in einem Hotel in der Wüste zu treffen, um ihre Pläne zu besiegeln. Camille sieht erneut die Chance sich an Medrano zu rächen und begleitet Bond in die Wüste. Die beiden dringen in das Hotel ein, durch Explosionen kommt es zu Feuer und Camille trifft in seinem Hotelzimmer auf General Medrano. Während Bond eine Auseinandersetzung mit Greene hat, fängt Medranos Hotelzimmer auch Feuer und Camille gelingt es Medrano zu erschießen. Sie ist durch das Feuer, in dem schon damals ihre Familie vor ihren Augen gestorben ist, allerdings so verstört, dass sie nicht alleine fliehen kann. Bond kann ihr noch rechtzeitig aus dem Hotel helfen.
Anschließend setzt Bond Greene mit einer Dose Motoröl als einzigem ’Getränk’ in der Wüste aus.
In der Schlussszene in Russland trifft Bond auf den verräterischen Freund Vespers, der bereits eine Beziehung mit einer weiteren kanadischen Geheimagentin führt. Er warnt diese und überlässt ihren Freund dem Secret Service. M hebt seine Suspendierung auf, woraufhin er so reagiert, als sei er nie suspendiert worden. Außerdem erfährt man, dass Felix Leiter zum Leiter der Südamerika-Abteilung befördert wurde.
Der Film endet damit, dass Bond Vespers Halskette hinter sich in den Schnee wirft, was darauf schließen lässt, dass die Geschichte ’Vesper’ endgültig ihr Ende gefunden hat. Die Zukunft der Organisation Quantum bleibt offen.