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.
Dans un hôtel parisien, deux détectives enquêtent sur la mort d'un mystérieux personnage. Dans le même temps, Jim Fox Warner, un entraîneur de boxe, espère la victoire de son poulain pour rembourser la mafia...
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