La trama principal de la enrevesada película era una grabación incriminatoria de una cita que no debía ser fatal. La grabó el detective privado de Los Ángeles J.J. "Jake" Gittes (Jack Nicholson) para su cliente, otro hombre llamado "Jake": Julius "Jake" Berman (Harvey Keitel), el promotor inmobiliario de B&B Homes. Berman afirmó que su objetivo era "incriminar" a su propia esposa "infiel" Kitty Berman (Meg Tilly). Supuestamente, ella tenía una aventura en el motel Bird of Paradise de Redondo Beach con Mark Bodine (John Hackett), socio de Berman en el sector inmobiliario.

Sin embargo, la escena inicial era algo más que una grabación de la cita. Berman disparó mortalmente a Mark Bodine a sangre fría mientras huía al baño del motel. En la grabación, una misteriosa referencia a Katherine Mulwray entre los dos adúlteros despertó en Gittes recuerdos del pasado.

[Nota: Katherine Mulwray, la rubia hija adolescente de la heroína de la película de Chinatown (1974), Evelyn Mulwray (Faye Dunaway) -antigua clienta y amante de Jake-, fue engendrada por violación incestuosa por su padre el magnate Noah Cross (John Huston). En la escena final de Chinatown (1974), la policía dispara a Evelyn Mulwray mientras huye con Katherine en un descapotable].

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Al final de la película, se reveló que Gittes había sido, sin saberlo, víctima de una trama de asesinato con fines lucrativos. Durante toda la investigación en la que estuvo involucrado Gittes, también estuvo tratando de convencer a las autoridades de que no debía ser acusado como cómplice.

Era totalmente posible que el asesinato de Bodine no fuera un homicidio justificado porque Berman había matado deliberadamente a su compañero -tenía una pistola convenientemente colocada bajo una silla entregada en la habitación- para cometer un asesinato premeditado, un delito capital.

Por razones de negocios, el testamento de Bodine había excluido a su esposa viuda, Lillian Bodine (Madeleine Stowe). En su lugar, el testamento nombraba al "socio superviviente" Berman como único beneficiario del enormemente rentable negocio inmobiliario de B&B Homes (viviendas en el Valle de San Fernando).

El abogado de Lillian, Chuck Newty (Frederic Forrest), declaró que su enfadada clienta tenía derecho a la riqueza de su marido si se podía demostrar que el asesinato había sido premeditado.

¿Planificó Berman el asesinato con su esposa Kitty para cobrar el dinero de la parte del socio fallecido? De ser cierto, esto también convertiría a Gittes en cómplice involuntario del asesinato.

Durante el enrevesado desarrollo de la trama, Gittes descubrió que la suburbanización de Berman y Bodine, situada en un campo de naranjos (el mismo lugar de regadío que Gittes visitó en la película original), también estaba siendo perforada subrepticiamente por sus vastos recursos petrolíferos subterráneos por el codicioso barón del petróleo Earl Rawley (Richard Farnsworth), socio comercial de Bodine. En ese momento no estaba claro quién era el propietario de los derechos minerales de la tierra.

En una audiencia pública preliminar del tribunal o en una investigación sobre la grabación, se reprodujo la cinta, pero las pruebas fueron obviamente manipuladas por Gittes para ocultar la culpabilidad a sangre fría de Berman y para proteger a la señora Berman (Gittes razonó: "Salpicar el pasado de Katherine Mulwray por todo el LA Times no haría ningún bien a nadie"). Tras escuchar la cinta, el juez dictaminó que no había motivos para sospechar del asesinato de Berman. (Gittes había cometido perjurio en el juicio para proteger a la hija de la mujer que no pudo proteger en la primera película).

La pelirroja Kitty Berman era en realidad la escurridiza rubia Katherine Mulwray, algo que Gittes descubrió cuando se dio cuenta de que se había teñido el pelo de rojo. A través de varios documentos legales y de titularidad, se demostró que Katherine era la propietaria original del huerto de naranjas y de los derechos minerales de los terrenos de la subdivisión, pero se vio obligada a firmar una escritura de cesión de los terrenos únicamente a favor del propietario de un club nocturno criminal, Michael "Mickey Nice" Weisskopf (Rubén Blades), el socio mafioso de Berman, el 17 de julio de 1946. Los derechos de la tierra se establecieron de esta manera para garantizar la protección de Kitty una vez que Berman muriera.

Bodine chantajeaba a Berman sobre la verdadera identidad de su esposa, amenazándola con exponerla si no le cedía los derechos mineros. Además, Bodine estaba, como admitió Berman, metido en una aventura real: "Se estaba tirando a mi mujer". Esa fue la verdadera motivación para matar a Bodine: los celos, aunque también fue premeditado y no un crimen pasional.

Berman también divulgó a Gittes por qué se despreocupaba personalmente del resultado del caso. Reveló que tenía una enfermedad terminal (con sífilis avanzada que se veía en las radiografías y en el microscopio, tratada sin éxito con implantes de radio que también provocaban cáncer), pero no le había contado a su esposa Kitty su estado. Para asegurarse de que ella heredara definitivamente su fortuna inmobiliaria (su intención desde el principio), se inmoló de forma deliberada y suicida y acabó con su vida en una de las viviendas de la urbanización encendiendo un cigarrillo en el volátil entorno lleno de gas natural tras un tembloroso terremoto. De ese modo, no se podría realizar una autopsia y no se revelaría su estado terminal, lo que afectaría a la herencia de Kitty.

En la escena final de la película, Gittes habló con Kitty/Katherine sobre sus pasados mutuos mientras ella salía de su oficina, en la última línea de diálogo (era su respuesta tardía a la pregunta anterior de ella: "¿El pasado desaparece alguna vez?"):

"El pasado nunca desaparece".