비밀요원 레미 코션은 기자로 신분을 위장한 채 거대한 컴퓨터 알파 60이 지배하는 도시 알파빌에 들어선다. 그가 수행해야 할 임무는 도시의 통제 체계를 만든 폰 브라운 교수를 찾아내고, 인간을 억누르는 질서의 실체를 확인하는 것이다. 이곳에서는 논리로 설명할 수 없는 감정이 범죄가 되고, 사랑을 말하거나 눈물을 흘리는 행동조차 처벌의 이유가 된다. 교수의 딸 나타샤를 안내자로 만난 레미는 감정의 의미를 잊은 그녀에게 다가가며 자신의 임무와 개인적인 마음 사이에 놓인다. 질문을 금지하고 언어를 지워 가는 도시는 외부에서 온 남자의 존재를 점점 더 위험하게 받아들인다. 모든 답을 계산하는 알파 60에 맞서, 레미는 계산할 수 없는 말과 기억으로 나타샤에게 닿으려 한다.