Chi ha incastrato Roger Rabbit?

Siamo ad Hollywood, nel 1947. In questo mondo gli umani e i cartoni animati, che si presentano sul set come farebbero gli attori in carne ed ossa, convivono pacificamente. Il proprietario degli studi d'animazione, R.K. Maroon, assolda l’investigatore privato Eddie Valiant per indagare su Jessica Rabbit. Maroon, infatti, è preoccupato per lo strano atteggiamento di Roger Rabbit e suppone che sia distratto sul lavoro a causa dell'infedeltà di sua moglie. Sebbene dopo la morte del fratello Teddy, architettata proprio da un misterioso cartone animato, Eddie si fosse ripromesso di non lavorare più in quel mondo, le scarse entrate economiche lo costringono ad accettare il caso.
Nel locale dove lavora Jessica, Eddie sorprende la donna e Marvin Acme, capo delle omonime industrie che lavorano nel settore dei cartoni, in atteggiamenti intimi e mostra le foto compromettenti a Roger Rabbit. Il giorno seguente, Acme viene assassinato e, sulla scena del crimine, Eddie fa la conoscenza del sinistro Giudice Morton, avido imprenditore che ha acquisito un grande potere su Cartoonia. Morton ha intenzione di giustiziare Roger Rabbit in una potente salamoia, l’unica sostanza in grado uccidere i cartoni. Eddie, suo malgrado, si trova coinvolto nel caso e la testimonianza di Baby Herman porta a galla nuova verità. Nel corso delle indagini, i sospetti ricadono su Jessica Rabbit. Dopo un bizzarro inseguimento, la donna rivela un segreto sorprendente su Acme che obbliga Eddie a seguire una nuova, e pericolosa, pista. Il destino di Cartoonia è nelle mani dell’investigatore, ma Eddie non sa che l’indagine sarà collegata al brutale omicidio del fratello Teddy…