В жаркий июльский день 1969 года на тихой окраине Вальехо раздаются выстрелы, оборвавшие жизнь молодой пары. Это первое заявление о себе таинственного злодея, который вскоре начнёт держать в страхе всю Северную Калифорнию. Месяц спустя редакции газет получают странные послания, испещрённые шифрами. Их автор, именующий себя Зодиаком, цинично требует опубликовать на первых полосах разгадку его кода, угрожая в противном случае убить ещё дюжину невинных людей. Расследование, помимо полиции, захватывает двух коллег из «San Francisco Chronicle»: харизматичного, видавшего виды криминального репортёра Пола Эйвери и тихого, но дотошного карикатуриста Роберта Грейсмита.
Начинается изнурительная охота, где преступник всегда на шаг впереди. Зодиак не бросает слов на ветер — вскоре следует новое жестокое нападение. С каждой шифрованной насмешкой и каждой кровавой меткой убийца будто играет со следствием, бросая вызов и Эйвери, и Грейсмиту. Конфликт обостряется: сможет ли эта необычная пара, опираясь на логику и интуицию, опередить маньяка и расшифровать его личность до того, как счёт его жертв станет ещё больше? Преследование превращается в навязчивую идею, особенно для Грейсмита, который обнаруживает в себе неожиданный талант к дедукции.