Basada en la novela de Raymond Chandler, publicada en 1940, Adiós muñeca es una buena mezcla entre el cine policíaco y la comedia que toma como protagonista a un investigador, el detective Marlowe, que da bandazos entre la seriedad, el deber y el humor. Los años y la experiencia han hecho que el detective Phillip Marlowe (Robert Mitchum) esté de vuelta de todo. Acostumbrado a tratar con toda clase de criminales y escoria, Marlowe se ha protegido durante años con una coraza de cinismo y serenidad, salpicados con un poco de mal genio. En su profesión como investigador esa actitud es fundamental, ya que diariamente debe enfrentarse a asesinatos, conspiraciones, robos, por no hablar de algún que otro puñetazo o sorpresa desagradable. Ahora tiene una nueva misión entre manos, y deberá poner las cartas sobre la mesa si quiere resolver el caso.

Robert Redford es un oscuro funcionario de la CIA, cuyo trabajo consiste en leer libros con el fin de detectar mensajes cifrados que permitan descubrir operaciones secretas susceptibles de perturbar la estabilidad del país. Un día, cuando vuelve al trabajo después de comer, encuentra a todos sus compañeros muertos. Consciente de que sólo el azar lo ha salvado de una muerte segura, huye tratando de salvarse, pero también para encontrar una explicación a lo sucedido. En su fuga se verá impelido a secuestrar a una bella mujer (Faye Dunaway) con la que, además de compartir sus peripecias, vive una intensa historia de amor.

Bobby Deerfield (Al Pacino) es un exitoso piloto de coches de carreras; en cambio, no sabe asumir los problemas de su vida personal: su amada Lillian tiene una grave enfermedad, pero él, incapaz de enfrentarse a la situación, busca consuelo en Lydia, una seguidora suya.

Joseph Frady y siete periodistas más presencian el asesinato de un candidato al Senado de los Estados Unidos. Cuando sus colegas mueren accidentalmente, Frady empieza a dudar de la versión oficial.