Los Angeles, 1970. Doc Sportello est un détective privé d'un genre particulier : il vit sur une des plages de la ville, est adepte du joint bien roulé et, à l'occasion, d'un trip intersidéral à l'acide. Avec son meilleur ennemi, le flic Bigfoot, il enquête sur l'étrange disparition du milliardaire et homme d'affaires Mickey Wolfmann. Tous deux ont de bonnes raisons de tirer au clair cette intrigue, d'en avoir peur, de se perdre en route pour mieux rebondir à grand renfort de bananes glacées ou de marie-jeanne colombienne.