L'agent secret Lemmy Caution, envoyé à Alphaville pour détruire l'ordinateur Alpha 60, tombe amoureux de Natacha, la fille du professeur von Braun.
En Italie, le professeur Bartoldi est enlevé par le redoutable Istria et sa bande : leur but est de mettre la main sur des plans permettant la fabrication de diamants synthétiques... Mais ce que les truands ne savent pas, c'est que le FBI les a devancés en faisant passer l'un de leurs agents pour le professeur. Le célèbre Lemmy Caution est envoyé en mission afin de retrouver son collègue, se faisant passer pour un gangster.
L'agent du F.B.I Lemmy Caution, qui arrive des États-Unis, et le général Rupert, chef du service français de contre-espionnage, s'occupent de la même affaire : retrouver un espion connu sous le nom de Varley.
À propos d'une histoire d'or américain, l'agent du FBI Lemmy Caution intervient avec fougue et désinvolture sur le continent, traque, démasque et confond le nommé Rudy Saltierra. Il se fait en même temps une alliée de Carlotta, surnommée « la môme vert-de-gris », qui était pourtant la maîtresse du bandit.
Une femme, agent du Federal Bureau of Investigation, est assassinée. Elle travaillait sous couverture, comme secrétaire du Docteur Whittaker qui est en train de développer une nouvelle sorte de carburant pour des moteur-fusées. Le chercheur et sa fiancée Shirley ont disparu. Le FBI charge son meilleur agent de l'enquête. Lemmy Caution retrouve Shirley, qui est en fait Géraldine, un agent des services secrets anglais. À la fin, Lemmy et Géraldine se battent ensemble dans une laiterie contre les malfaiteurs.
En Italie, l'agent du FBI Lemmy Caution traque un gang de faux-monnayeurs.
Lemmy Caution, en vacances sur la Côte d'Azur, pense pouvoir se reposer mais il trouve une femme mourante. Parce qu'elle a essayé de parler avec lui avant sa mort, il commence une enquête... Il va découvrir une histoire de chantage sur des femmes de diplomates, mais sont-elles toutes innocentes ?
Lemmy Caution est mandaté de neutraliser la bande criminelle internationale du caïd Siégella comme enquêteur masqué. Pour infiltrer le gang, il prétend être un évadé. Pendant sa recherche cachée sur la Côte d'Azur, il fait la connaissance de la belle Constance qui est une amie de Monsieur Siégella. Lemmy peut lui convaincre qu'il va aider d'enlever la riche héritière américaine Miranda Van Zelden. Quand Lemmy a obtenu assez de la preuve d'un fait coupable, il avise l'Interpol. Après avoir envoyé des documents à Interpol, sa couverture éclate et il lui faut lutter pour sa vie.