Film Barely Lethal menghadirkan aksi remaja dengan konsep unik, agen rahasia yang pengin merasakan hidup sebagai anak SMA biasa. Cerita berfokus pada sekelompok gadis yatim piatu yang dilatih di akademi rahasia milik pemerintah bernama Prescott Academy. Di sana, mereka ditempa jadi agen lapangan dengan aturan utama dari pelatih Hardman, 'no attachments' alias jangan punya keterikatan emosional. Agen 83 termasuk yang terbaik, meski kemampuannya selalu disaingi Agen 84.

Berbeda dari yang lain, Agen 83 penasaran dengan kehidupan remaja normal. Ia belajar budaya pop dari majalah dan menonton film seperti Mean Girls serta serial Beverly Hills, 90210 untuk memahami dunia anak SMA.

Dalam misi menangkap pedagang senjata bernama Victoria Knox, Agen 83 menyamar dan hampir sukses. Namun ia sengaja 'menghilang' dengan melompat ke sungai, membuatnya dinyatakan hilang. Ia lalu mengambil identitas baru sebagai Megan Walsh, siswi asal Kanada, dan pindah ke Newtown, Connecticut, tinggal bersama keluarga Larson.

Awalnya, Megan disambut hangat oleh Mrs. Larson dan putranya, Parker. Tapi Liz, anak perempuan keluarga itu, bersikap dingin. Di sekolah, Megan sempat jadi bahan ejekan, namun ia mulai berteman dengan Roger Marcus dan tertarik pada siswa populer bernama Cash Fenton. Bahkan, dengan kemampuan hack-nya, ia mengatur agar bisa jadi partner praktikum biologi Cash.

Situasi makin seru saat Megan ikut audisi jadi maskot sekolah. Ketika maskot hampir diculik sekolah rival, Megan menunjukkan kemampuan bertarungnya. Aksinya viral dan membuatnya populer, walau bikin Liz makin kesal.

Tak lama, ia ditangkap agen Prescott dan dibawa ke Hardman. Hardman mengira Megan berkhianat, tapi Megan jujur bahwa ia cuma ingin merasakan hidup normal. Ia dilepaskan dengan peringatan keras.

Drama remaja memuncak saat pesta rumah Gooch, badut kelas yang ternyata bernama asli Benward. Agen 84 muncul dengan identitas baru sebagai Heather dan mencoba mengusik Megan, termasuk dengan menggoda Cash. Namun akhirnya Megan berhasil merebut perhatian Cash dan mendapat undangan ke pesta homecoming.

Film ini jadi perpaduan aksi dan teen comedy tentang pencarian jati diri di antara dunia rahasia dan kehidupan SMA yang penuh drama.