Nella Los Angeles del 1948, Julius “Jake” Berman assume l’investigatore privato J. J. “Jake” Gittes per cogliere sua moglie Kitty in flagrante adulterio. Durante la trappola, Berman uccide il suo rivale in amore, Mark Bodine, che è il suo socio in affari in una società di sviluppo immobiliare. Gittes, non avendolo saputo, si trova improvvisamente sotto esame per il suo ruolo nel possibile crimine, il tutto incentrato su una registrazione via cavo che ha catturato l’incontro amoroso illecito, il confronto e l’uccisione di Bodine. Si mette in discussione se Berman sapeva e ha ucciso il suo partner per strappare il controllo della società, rendendolo un omicidio, o è stato un atto di gelosia, che potrebbe qualificarsi come “temporanea infermità mentale” ed essere permesso come difesa ad un’accusa di omicidio.
Gittes deve convincere il capitano Escobar della polizia di Los Angeles che non dovrebbe essere accusato come complice. Stranamente, Berman non sembra preoccupato dalla possibilità di essere accusato di omicidio. Gittes ha la registrazione, che l’avvocato di Berman, Cotton Weinberger, e l’amico mafioso Mickey Nice, vogliono entrambi, chiusa in una cassaforte nel suo ufficio a Los Angeles, che è scosso dai terremoti. Anche il complesso residenziale di Berman nella Valle sta sperimentando attività sismiche. Gittes rimane quasi ucciso in un’esplosione di gas e si sveglia trovando Berman e la moglie Kitty in piedi sopra di lui.
Gittes ha un confronto, e più tardi un incontro sessuale, con Lilian Bodine, la vedova arrabbiata del morto. Gli viene presentata la prova che Earl Rawley, un ricco e spietato petroliere, potrebbe trivellare sotto il progetto Bodine e Berman, anche se Rawley ha negato. Questo porta alla necessità di determinare chi possiede i diritti minerari del terreno. Gittes scopre che i diritti sono di proprietà di una certa Katherine Mulwray, figlia di Evelyn Mulwray, il suo interesse amoroso di undici anni prima. Scopre anche che i trasferimenti degli atti sono stati eseguiti in modo tale da tentare di nascondere la precedente proprietà di Katherine Mulwray e la continua rivendicazione dei diritti minerari. Inoltre, scopre anche che Noah Cross era già morto e Katherine era sfuggita alla sua presa.
Gittes ha visto Berman in compagnia di una donna bionda insieme a Mickey, e una guardia del corpo. Con un po’ di indagini Gittes determina che la donna è un’oncologa e sta curando Berman per un cancro sotto la vita. Gittes affronta Berman con questa conoscenza e ottiene una piena confessione. Lungo la strada, Gittes scopre che Berman non sopravviverà e che l’intera montatura era per assicurarsi che Kitty fosse protetta una volta morto.
Per convincere Kitty a parlare con lui, Gittes deve dimostrare che Berman ha deciso di uccidere il suo partner. Una volta ottenuto, Kitty accetta di incontrare Gittes e di dirgli quello che sa su Berman. Durante la discussione sulle possibili motivazioni di Berman, sui diritti minerari e sul possibile luogo in cui si trova Katherine, si scopre che Kitty e Katherine sono la stessa persona. Kitty non aveva mai sospettato che suo marito stesse morendo.
Per provare la premeditazione, la passione, e forse anche le connessioni con una donna scomparsa da tempo, apparentemente tutti vogliono la registrazione, che Gittes si rifiuta di consegnare fino al giorno dell’inchiesta. In qualche modo, Gittes modifica la registrazione, lasciando il nome di Katherine tagliato fuori dal dialogo, dalla sparatoria e dalle conseguenze dell’omicidio di Bodine. Questo rende l’inchiesta un incontro breve e soddisfacente in cui il giudice non ha motivo di sospettare un omicidio, e Berman è ora libero da accuse penali. Di fronte alla conoscenza che Gittes ha della sua malattia terminale, Berman, sapendo che la casa modello in cui si trova è piena di gas naturale, convince Gittes e Mickey a lasciarlo solo in casa per poter “fumare”. Non vuole che un’autopsia interferisca con l’eredità di Kitty. Mentre vanno via, la casa esplode.
La storia finisce con Kitty e Gittes nel suo ufficio. Parlano di rimpianti, e Kitty bacia Gittes, che rifiuta le sue avances, dicendo “Questo è il tuo problema, ragazzo. Non sai chi stai prendendo in giro”. Lei se ne va, dicendogli di “Pensare a me di tanto in tanto”. Gittes le dice: “Non va mai via”.