1984. Les autorités des "planètes extérieures" envoient l'agent secret Lemmy Caution en mission à Alphaville, une cité déshumanisée, éloignée de quelques années-lumière de la Terre. Caution est chargé de neutraliser le professeur von Braun, le tout-puissant maître d'Alphaville, qui y a aboli tous les sentiments humains. Un redoutable ordinateur, Alpha 60, régit toute la ville. Un message de Dickson, un ex-agent secret, ordonne à Lemmy de "détruire Alpha 60 et de sauver ceux qui pleurent". Mais Lemmy est enlevé, interrogé par Alpha 60 et condamné à mort...