4 июля 1969 года на тихой окраине Вальехо в Калифорнии происходит жестокое нападение: неизвестный преступник открывает огонь по молодой паре. Спустя месяц в редакциях ведущих газет начинают появляться зашифрованные послания от человека, именующего себя Зодиаком. В письмах он требует опубликовать на первых полосах текст, раскрывающий его личность, угрожая в противном случае убить ещё двенадцать человек. К расследованию, помимо полиции из нескольких штатов, присоединяются опытный журналист San Francisco Chronicle Пол Эйвери и начинающий карикатурист Роберт Грейсмит, также сотрудник издания. Вскоре Зодиак вновь напоминает о себе, совершая новое преступление.
Расследование быстро обрастает сложностями: убийца продолжает посылать письма, полные загадок и насмешек. Эйвери, используя свои связи и опыт, пытается выйти на след преступника через медийное поле, в то время как Грейсмит, увлекшись делом, начинает самостоятельный анализ шифров и деталей преступлений. Их сотрудничество, хотя и не лишённое трений, постепенно становится ключевым элементом в попытках раскрыть личность Зодиака. Однако с каждым новым нападением страх в обществе нарастает, а загадка убийцы остаётся неразгаданной.