La película sigue una narrativa no lineal: consta de cinco segmentos que se presentan fuera del orden cronológico. Los cinco segmentos se describen aquí en el orden en que aparecen en la película:

Una joven, Dorothy Mahler, está de excursión en un sendero natural cerca del centro de Los Ángeles cuando aparecen por casualidad dos traficantes callejeros de poca monta, Jesse y Mathew. Ella toma prestado el teléfono de uno de ellos y llama a Mel Samson, un investigador privado, al que había conocido antes, diciéndole que necesita su ayuda porque unos tipos malos de la ciudad están enfadados con ella. Mientras espera la llegada de Samson, Dorothy toma el éxtasis que le dan los traficantes, que tienen que irse pero prometen volver a por ella más tarde. Dorothy comienza a hablar con un aparentemente amable guardabosques (Skippy Fontaine). Dorothy y Fontaine charlan hasta que vemos que hay un cadáver cerca. De repente, Fontaine ataca a Dorothy y la estrangula. Jesse y Matthew, que regresan, se encuentran con el cadáver y creen que ha sufrido una sobredosis de las drogas que le dieron, y huyen despavoridos. Samson llega, demasiado tarde, para encontrar a Dorothy muerta.

En el segundo segmento, Samson llega a la casa del sórdido propietario de un club de striptease, Gordy, diciendo que ha tenido un accidente de coche y que necesita usar su teléfono. Habla con la esposa de Gordy, mucho más joven y descuidada, Janet, y se toma una copa. Cuando Samson finalmente se encuentra cara a cara con Gordy y Roger Fontaine, el padre de Skippy, revela su verdadera identidad y les cuenta el motivo del asesinato de Dorothy: Dorothy tenía fotografías de Gordy recibiendo sexo oral de otra stripper, y Gordy organizó el asesinato de Dorothy para evitar que Janet se enterara. Janet se indigna con la historia de Samson sobre la infidelidad de su marido y saca una pistola. Provocada por Samson, dispara a Gordy y a Roger antes de (a pesar de las protestas de Samson) apuntar el arma contra ella misma. Samson se dice a sí mismo que tiene que arreglar su vida.

El tercer segmento muestra lo que habría sido el primero cronológicamente. Samson se encuentra en un club de striptease y una artista llamada Jill le ofrece un baile erótico, que él rechaza. Conoce a Dorothy y le pide que se tome una copa con él, pero ella lo desvía y se va sin que él se dé cuenta. Samson va a un club vecino donde la banda de un amigo está tocando música en vivo. Encuentra a Dorothy esperándole y se une a él en un fotomatón. Toca la guitarra e interpreta una canción.

El cuarto segmento muestra lo que habría sido el último cronológicamente. Jill está trabajando en un autocine, donde se le acerca Samson, que tiene una herida de bala no mortal en el pecho. Hablan de su relación romántica de un año, que terminó un tiempo antes. Samson revela que ha acudido al cine para enfrentarse a uno de sus clientes, Skippy Fontaine. Se sube al coche de Fontaine y le apunta con una pistola, pero Fontaine consigue apuñalarle en el abdomen con una botella rota y escapar. Jill se une a Samson en el coche y le sostiene mientras muere. Él le muestra el tatuaje "Jilly Bean" que se hizo en su honor.

En el segmento final, Samson va a ver a la abuela y a la madre de Dorothy para que acepten su caso, pero insiste en hacerlo sin coste alguno, por lealtad a Dorothy. Hablando en privado con la madre de Dorothy, Mary, Samson le recuerda mediante una alegoría que habían tenido una relación muchos años antes, revelando que Samson es el padre de Dorothy y que la había visto crecer desde la distancia toda su vida. Caminando hacia su coche, Samson es atacado y disparado en el pecho por Jesse y Matthew, que creen que Dorothy murió por las drogas que le dieron y no quieren verse implicados en la investigación de Samson. Huyen, y Samson se mete en su coche con heridas dolorosas, pero que le permiten sobrevivir. Animado por las fotos que Dorothy y él se hicieron en el fotomatón la noche que se conocieron, arranca el coche y se marcha.