L'inspecteur Kyle Bodine est considéré comme le meilleur flic de toute la ville. Mais lorsqu'il devient l'amant de la séduisante Rachel Munro, il ne se doute pas qu'il vient de mettre les pieds dans une incroyable machination qui pourrait lui faire perdre bien plus que son insigne de flic.
Charlie Kohler, pianiste dans un petit bar, commence à avoir des ennuis lorsque deux gangsters s'en prennent à son frère qui se réfugie sur son lieu de travail. Dans le même temps, Léna, la serveuse est amoureuse de Charlie alors que ce dernier cache un sombre passé auquel la jeune femme va tenter de le soustraire.
Orphelin de naissance, Jean a fondé une famille tout en poursuivant secrètement des activités criminelles. Mais au moment où vient l'heure des comptes, il préfère abandonner sa femme et son bébé, croyant les protéger des risques de sa double vie. En cavale, son odyssée effrénée va pourtant le ramener à la paternité qu'il fuyait.
Leonard Shelby ne porte que des costumes de grands couturiers et ne se déplace qu’au volant de sa Jaguar. En revanche, il habite dans des motels miteux et règle ses notes avec d’épaisses liasses de billets. Leonard n’a qu’une idée en tête: traquer l’homme qui a violé et assassiné sa femme afin de se venger. Sa recherche du meurtrier est rendue plus difficile par le fait qu’il souffre d’une forme rare et incurable d’amnésie. Bien qu’il puisse se souvenir de détails de son passé, il est incapable de savoir ce qu’il a fait dans le quart d’heure précédent, où il se trouve, où il va et pourquoi. Pour ne jamais perdre son objectif de vue, il a structuré sa vie à l’aide de fiches, de notes, de photos, de tatouages sur le corps. C’est ce qui l’aide à garder contact avec sa mission, à retenir les informations et à garder une trace, une notion de l’espace et du temps.
2019, Los Angeles. La Terre est surpeuplée et l’humanité est partie coloniser l’espace. Les nouveaux colons sont assistés de Replicants, androïdes que rien ne peut distinguer de l'être humain. Conçus comme de nouveaux esclaves, certains parmi les plus évolués s’affranchissent de leurs chaînes et s’enfuient. Rick Deckard, un ancien Blade Runner, catégorie spéciale de policiers chargés de "retirer" ces replicants, accepte une nouvelle mission consistant à retrouver quatre de ces individus qui viennent de regagner la Terre après avoir volé une navette spatiale.
Nick Curran, inspecteur de police à San Francisco, enquête sur le meurtre d'une star du rock, Johnny Boz, tué de trente et un coups de pic à glace par une inconnue alors qu'il faisait l'amour. Nick apprend que le chanteur fréquentait Catherine Tramell, riche et brillante romancière. Au cours de son enquête sur le passé de Tramell, il accumule les découvertes macabres…
John Ferguson, surnommé « Scottie », est pris de vertige tandis qu’il poursuit un malfaiteur avec un collègue policier. L’incident vaut la mort de ce dernier et la démission de Ferguson des services de police. Peu après, une ancienne connaissance de Scottie le contacte afin de lui demander de suivre sa femme, Madeleine Elster, qui semble hantée par l’esprit d’une morte, en l’occurrence sa grand-mère, qui se suicida après avoir sombré dans la folie. Scottie s'éprend de la jeune femme et se trouve ballotté par des événements qu'il ne peut contrôler.
Georges, journaliste littéraire, reçoit des vidéos — filmées clandestinement depuis la rue — où on le voit avec sa famille, ainsi que des dessins inquiétants et difficiles à interpréter. Il n'a aucune idée de l'identité de l'expéditeur. Peu à peu, le contenu des cassettes devient plus personnel, ce qui laisse soupçonner que l'expéditeur connaît Georges depuis longtemps. Ce dernier sent qu'une menace pèse sur lui et sur sa famille, mais comme cette menace n'est pas explicite, la police lui refuse son aide…
À Hollywood, durant la nuit, Rita, une jeune femme, devient amnésique suite à un accident de voiture sur la route de Mulholland Drive. Elle fait la rencontre de Betty Elms, une actrice en devenir qui vient juste de débarquer à Los Angeles. Aidée par celle-ci, Rita tente de retrouver la mémoire ainsi que son identité.
Arlington Road est une rue tranquille de la banlieue de Washington. Michael Faraday, professeur d'histoire, est l'un des riverains de ce quartier tranquille. Sous des apparences sereines, il se remet difficilement de la mort de sa femme, agent du FBI, morte deux ans auparavant à la suite d'une bavure. Son fils Grant est également hanté par le souvenir de sa mère. Ils sympathisent avec leurs nouveaux voisins, les Lang, famille modèle qui vient d'aménager dans le pavillon d'en face. Mais Michael est vite intrigué par le comportement de M. Lang...
Passionné de logiciels et des années trente, Hannon Fuller est parvenu à recréer l'époque qu'il affectionne, dans laquelle il peut se projeter. Au cours d'un de ses voyages virtuels, il fait une découverte aussi fascinante qu'effrayante, dont il cherche à faire part à son associé, Douglas Hall. Malheureusement, il est assassiné avant d'avoir pu communiquer son secret. Pour l'inspecteur McBrian, Douglas devient le suspect ideal. Pour prouver son innocence, Douglas décide de trouver l'assassin de son ami dans son passé virtuel.
Traversant une période de deuil, après la mort de sa femme, Tom Ludlow, vétéran de la police de Los Angeles, est accusé du meurtre d'un policier. Toutes les preuves l'accablant, il se retrouve acculé par tous les principes qu'il défendait auparavant. À présent, seul contre tous, le policier va devoir renier son intégrité et utiliser les armes contre lesquelles il luttait, pour se défendre, remettant en question la loyauté de tous ses partenaires.