En un futuro distópico, el agente secreto de los Estados Unidos, Lemmy Caution, viaja a la ciudad espacial conocida como Alphaville, asumiendo la falsa identidad de Ivan Johnson, un periodista importante, asegurando que ha viajado para cubrir las maravillas del lugar. En realidad, Caution está ahí para cumplir una serie de misiones secretas, primero, debe encontrar a un agente secreto y compañero desaparecido llamado Henry Dickson; también debe encontrar al profesor Von Braun y llevarlo a la ciudad de Nueva York para interrogatorios y, finalmente, debe destruir a la poderosa computadora que controla las mentes de los habitantes de la ciudad, Alpha 60, una mente artificial elusiva y muy peligrosa. Von Braun es el creador de la inteligencia, la cual, en su evolución, ha prohibido a los habitantes la posibilidad de tener pensamiento libre, de amar, de cuestionar y de tener emociones. Cuando ha encontrado al profesor, Caution conoce también a su hija, Natacha, quien se une a su misión de destruir la computadora y darles una oportunidad a las personas de la supuesta idílica ciudad.
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