El detective de homicidios de Nueva York Frank Keller es un alcohólico quemado. Su mujer le ha dejado y se ha casado con uno de sus colegas, y está deprimido por haber cumplido 20 años en el cuerpo de policía. Le asignan la investigación del asesinato de un hombre en Manhattan, asesinado a tiros mientras estaba boca abajo en su cama, desnudo, escuchando una vieja grabación de 45rpm de "Sea of Love". Keller tiene tres pistas: un cigarrillo manchado de carmín, un anuncio de búsqueda que el muerto puso en un periódico y las huellas dactilares del autor.

Un segundo hombre muere de la misma manera en Queens. El detective Sherman Touhey de la comisaría local sugiere que él y Frank colaboren. Ambas víctimas habían puesto anuncios con rima en la columna de corazones solitarios del periódico, buscando citas. Los detectives localizan a Raymond Brown, el único otro hombre con un anuncio en rima. Es un hombre casado que admite haber puesto el anuncio pero jura que tiró todas las cartas y que nunca vio a nadie. A Frank se le ocurre la idea de publicar un anuncio con rimas en el periódico, conocer a las mujeres que respondan en un restaurante y tomar las huellas de sus vasos. El jefe de la comisaría de Frank se muestra escéptico, pero cambia de opinión cuando Brown aparece muerto de la misma manera que las otras dos víctimas de asesinato.

Frank cena con varias mujeres, mientras Sherman - haciéndose pasar por camarero - mete sus vasos en bolsas de pruebas. Una de las mujeres, la divorciada Helen Cruger, no muestra ningún interés por Frank y se marcha sin tomar una copa, por lo que Frank no puede obtener sus huellas dactilares. Frank vuelve a cruzarse con ella en un mercado, pero esta vez se muestra más amable. Helen regenta una elegante zapatería de lujo. Frank no le revela su verdadera ocupación.

Frank la lleva a su casa, en contra de su buen juicio y de la advertencia de Sherman de no hacerlo. Empiezan a apasionarse, pero Frank entra en pánico tras encontrar una pistola en el bolso de ella y la trata con dureza. Helen le explica que guarda la pistola de salida porque ha tenido miedo. Frank se disculpa y tienen sexo.

Frank y Helen comienzan un romance. Él tiene la oportunidad de obtener las huellas dactilares de Helen en un vaso, pero decide limpiar el vaso. Su relación se vuelve tensa cuando ella descubre que él es policía. Una noche en la que él está borracho, casi delata el hecho de que Helen estaba involucrada en una operación. Comienza a confesar sus sentimientos por ella, pero entonces descubre que ella respondió a cada uno de los anuncios de las víctimas. Cuando se enfrenta a ella, Helen se niega a admitir nada, así que la echa.

Momentos después, el verdadero asesino irrumpe en el apartamento: El ex marido de Helen, Terry, que ha estado acechando a Helen y asesinando a los hombres con los que sale. A punta de pistola, obliga a Frank a tumbarse en su cama y a mostrar cómo hizo el amor con Helen, tal y como había hecho con sus otras víctimas antes de asesinarlas. Frank consigue dominar a Terry e intenta llamar a la policía, pero Terry se abalanza sobre él y, en el forcejeo que se produce, Frank lanza a Terry por la ventana del dormitorio hasta matarlo.

Varias semanas después, un Frank recién sobrio se encuentra con Sherman en un bar y más tarde se reúne con Helen. Ella le perdona y reanudan su relación.