Lemmy Caution viene inviato in missione ad Alphaville, una città extraterrestre (in realtà Parigi), per far luce sulla scomparsa del professor Von Braun. Presentatosi come inviato di un giornale, Lemmy scopre, con l’aiuto di Natacha, figlia di Von Braun, che Alphaville è guidata dittatorialmente da un cervello elettronico, l’Alpha 60 che in base a una ferrea logica di formule matematiche, toglie agli abitanti qualsiasi autonomia di giudizio e di azione. Lemmy avvicina Von Braun, inventore di Alpha 60, e lo uccide. L’agente riuscirà a fuggire da Alphaville?

Godard fa di questo film uno spazio di ricerca sugli elementi di base del cinema: la luce e il suono. Alphaville è Parigi, capitale del dolore.