Une starlette est sauvagement assassinée. Deux policiers, anciens boxeurs et rivaux dans la vie, se lancent dans une enquête qui passionne l'opinion.
Los Angeles, 1947, les émeutes font rage. Deux policiers, Bucky et Lee, se rencontrent lors d'une manifestation sévèrement réprimée. L'un et l'autre ont pratiqué la boxe et décident de s'opposer à nouveau dans un match amical. L'événement est un succès. Bucky perd mais obtient un poste auprès de Lee dans la fameuse section des Mandats. Les deux hommes deviennent inséparables et Bucky tombe amoureux de Kay, la petite amie de Lee. Celui-ci semble prendre cette passion avec calme. Un jour, Elizabeth Short, une jeune starlette, est torturée et sauvagement assassinée. La presse s'empare de l'affaire et surnomme la victime "le Dahlia noir"...
Femmes fatales, flics hantés par une belle victime, jeu des sosies, tout y est. Brian De Palma rend un somptueux hommage au film noir américain.