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, наполненные шифрами и угрозами. Автор, именующий себя Зодиаком, требует опубликовать на первых полосах расшифрованное письмо, в котором скрыта разгадка его личности, иначе он убьёт двенадцать невинных людей. Расследование запускается с места, и к нему, помимо сбитых с толку полицейских, невольно подключаются два сотрудника «San Francisco Chronicle»: уставший от сенсаций, но азартный репортёр Пол Эйвери и тихий, одержимый головоломками карикатурист Роберт Грейсмит.
Интрига нарастает, когда Зодиак, насмехаясь над беспомощностью властей, совершает новое жестокое нападение. Каждое его письмо — это сложный шифр и издевательская игра с общественностью. Пока полиция топчется на месте, Эйвери и Грейсмит, движимые разными мотивами — один жаждет сенсации, другой поглощён желанием решить головоломку, — начинают собственное расследование. Их настойчивость превращает тихого карикатуриста в одержимого охотника за тенью, а репортёра — в мишень для маньяка. Основной конфликт разворачивается не только между преступником и законом, но и внутри этой странной пары, которая рискует всем, чтобы раскрыть личность самого неуловимого убийцы в истории Америки, чья тайна зашифрована в его же посланиях.