Alphaville egy több millió fényévnyi távolságban lévő galaxis fővárosa. Ide érkezik Lemmy Caution a "Figaro-Pravda" újság tudósítójaként. Valójában Lemmy egy titkosügynök, akinek kapcsolatba kell lépnie von Braun professzorral. Von Braun, akit kiutasítottak az óvilágból, létrehozta Alphaville-ben az Alpha 60 nevű elektronikus agyat. A mesterséges intelligencia egyeduralmi rendszert vezetett be a városban. Alphaville-ben minden érzés be lett tiltva, a "zene", a "költészet", a "szerelem" szavakat pedig kitörölték a nyelvből... Lemmy tisztában van azzal, hogy az előző ügynökök mind nyomtalanul eltűntek. Megismeri a város brutális valóságát és ebben tolmácsa, Natasa segíti, aki von Braun lánya. Lemmynek végül sikerül megölnie a professzort és elpusztítania Alpha 60-at. Miközben menekül a káosz uralta Alphaville-ből, kiderül, hogy Natasából még nem veszett ki minden emberi érzés.
