Fani z całego świata mają teraz okazję oglądać Pikachu na dużym ekranie jako detektywa Pikachu — Pokémona innego niż wszystkie. W filmie można ponadto zobaczyć szereg innych uwielbianych postaci Pokémonów, z których każda wyróżnia się wyjątkowymi umiejętnościami i oryginalną osobowością.

Cała historia rozpoczyna się w momencie, kiedy niezrównany prywatny detektyw Harry Goodman znika w niewyjaśnionych okolicznościach, a jego 21-letni syn Tim próbuje ustalić, co się wydarzyło. W śledztwie pomaga mu były partner Harry’ego — detektyw Pikachu, przezabawny, dowcipny i uroczy Pokémon, który potrafi wprawić w osłupienie nawet samego siebie. Tim i Pikachu, którzy odkrywają, że są w stanie się ze sobą porozumiewać, łączą siły, aby rozwikłać tajemniczą zagadkę, przeżywając jednocześnie trzymającą w napięciu przygodę. Wspólnie poszukują poszlak, przemierzając rozświetlone neonami ulice Ryme City — rozległej, nowoczesnej metropolii, w której ludzie i Pokémony żyją tuż obok siebie w hiperrealistycznym świecie. Spotykają na swojej drodze różne Pokémony i odkrywają wstrząsający spisek, który może położyć kres tej harmonijnej koegzystencji i zagrozić całemu światu Pokémonów.