Quan el gran detectiu privat Harry Goodman desapareix misteriosament; Tim, el seu fill de 21 anys, ha de descobrir què ha passat. En la investigació l'ajuda l'antic company Pokémon de Harry, el Detectiu Pikachu: un súper detectiu adorable i enginyós que se sorprèn fins i tot a ell mateix. Tim i Pikachu se n'adonen que increïblement poden comunicar-se, i uneixen forces en una aventura per revelar el misteriós entramat. Mentre busquen pistes als carrers de Ryme City, una senzilla metròpolis moderna on els humans i els Pokémon comparteixen un món real hiperrealista, troben diferents personatges Pokémon i descobreixen un complot impactant que podria destruir la convivència pacífica i amenaçar tot l'univers Pokémon.