Il geniale detective privato Harry Goodman scompare misteriosamente, costringendo il ventunenne figlio Tim a scoprire cosa sia successo. Ad aiutarlo nelle indagini c'è l'ex compagno Pokémon di Harry: Detective Pikachu, un adorabile, esilarante e saggio investigatore che sorprende tutti, persino se stesso. Avendo scoperto che i due sono equipaggiati per comunicare tra loro in maniera singolare, Tim e Pikachu uniscono le loro forze per un'avventura elettrizzante tesa a svelare l'intricato mistero. Si trovano così ad inseguire gli indizi lungo le strade illuminate al neon di Ryme City, una moderna e disordinata metropoli dove umani e Pokémon vivono fianco a fianco. Qui, incontreranno una serie di Pokémon, scoprendo una trama sconvolgente che potrebbe distruggere la loro coesistenza pacifica con gli umani e minacciare l'universo stesso dei Pokémon.