El detective Lemmy Caution se encuentra en Alphaville, una ciudad de un estado totalitario futurista, gobernado por un ordenador conocido como Alpha 60. La ciencia ha reemplazado a la humanidad y Lemmy trata de descubrir quién es el responsable de la supresión de la individualidad y el amor. Cuando se enamora de una mujer, que no tiene noción sobre el concepto de amor, su determinación para arruinar la dictadura se ve reforzada.
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