Un agent secret, Lemmy Caution, a pour mission de retrouver le professeur von Braun dans la cité futuriste d'Alphaville dirigée par le cerveau-robot Alpha 60. En découvrant que Lemmy veut emmener le professeur sur une autre planète, Alpha 60 le fait arrêter et le condamne à mort. Lemmy parvient à s'évader et tente de détruire Alpha 60.