Действие разворачивается в 1947 году в Лос-Анджелесе, где мультяшные персонажи (Туны) сосуществуют с людьми. Сюжет начинается с того, что знаменитый частный детектив, Эдди Валиант, берётся за необычное дело: он должен выяснить, изменяет ли очаровательная Джессика Рэббит, жена главной звезды мультяшного мира, кролика Роджера. Однако простое наблюдение за взаимоотношениями оказывается куда сложнее — вскоре хозяина крупной компании по производству мультипликации Марвина Акме находят убитым. Все улики указывают на Роджера.
Кролик попадает под подозрение полиции, но он уверяет, что невиновен и становится беглецом, обращаясь за помощью к Эдди. Поначалу циничный и обозлённый на весь мультяшный мир после личной трагедии (гибели брата от руки одного из Тунов), мужчина не желает связываться с этим делом. Однако, несмотря на свою неприязнь, он втягивается в расследование из-за профессиональной гордости и желания восстановить справедливость.
В ходе попыток раскрыть правду, герои сталкиваются с мрачным судьёй Думом — таинственным антагонистом, намеренным разрушить "Мульттаун" ради своих корыстных целей. Судья обладает смертоносным оружием — "соскабливателем", специальной кислотой, уничтожающей мультяшек навсегда. Вскоре детектив выясняет, что Дум руководствуется не только жаждой обогащения, но и скрывает тёмный секрет.