Karl, génial physicien de 17 ans, est enlevé en Espagne, dans la villa de son oncle, un puissant industriel. Les Américains sont persuadés que les Soviétiques sont à l'origine de ce kidnapping. Un brillant agent secret américain est chargé d'enquêter.
Le contre-espionnage français apprend qu'un vol de documents secrets vient d'être commis au sein de l'ambassade de l'URSS, dans le bureau d'André Smoloff. Celui-ci est immédiatement soupçonné par un agent des services secrets soviétiques...
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.
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