L'agent spécial Lemmy Caution débarque à Alphaville, capitale d'une galaxie étrangère, pour retrouver son collègue disparu, le Russe Henri Dickson. Il doit aussi s'emparer du professeur von Braun, concepteur du superordinateur Alpha 60 qui règne sur cette ville inquiétante : conscience, larmes et sentiments sont interdits, et tout le monde semble anesthésié par les tranquillisants.