पोकेमॉन ब्रह्मांड में, टिम गुडमैन एक २१ वर्षीय बीमा मूल्यांकक हैं, जिसने अपनी माँ की मृत्यु और अपने पिता, हैरी की अनुपस्थिति के कारण पोकेमोन प्रशिक्षण का काम छोड़ दिया है। एक कार दुर्घटना में उनकी मृत्यु के बाद हैरी की संपत्ति इकट्ठा करने के लिए वह राइम सिटी नामक एक ऐसे महानगर की यात्रा करता है, जहां मनुष्य और पोकेमोन एक समान रहते हैं। हैरी के अपार्टमेंट में टिम का सामना एक बोल सकने में समर्थ पिकाचु से होता है, जिसे केवल वह ही समझ सकता है; तभी टिम निरीक्षण करते हुए ने गलती से "आर" नाम की एक बैंगनी गैस छोड़ देता है, जिसके प्रभाव में आकर एपॉम का एक झुण्ड उन दोनों पर हमला कर देता है - दोनों किसी तरह बच निकलते हैं। वे एक कैफ़े में शरण लेते हैं जहाँ पिकाचु टिम को बताता है कि वह अपनी याद्दाश्त खो चुका एक जासूस है जो हैरी का पुलिस पार्टनर था, और जिस समय हैरी गायब हुआ, तब वे एक मामले की जांच कर रहे थे। वे दोनों लूसी स्टीवंस की तलाश करते हैं, जो एक स्तंभकार और आकांक्षी रिपोर्टर है जिसे हैरी की मृत्यु के बारे में संदेह है। लूसी पिकाचू और टिम को राइम व्हार्फ की ओर ले जाती है और वहां एक मिस्टर माइम से पूछताछ करने के बाद वे सेबस्टियन के स्वामित्व वाले एक अवैध पोकेमोन फाइटिंग अखाड़े पर पहुँच जाते है। सेबस्टियन पिकाचु को तुरन्त पहचान लेता है, और उसके और अपने चारिज़ार्ड के बीच एक रीमैच की मांग करता है; पिछले मैच में पिकाचु ने थंडरबॉल्ट का प्रयोग कर चारिज़ार्ड को हरा दिया था। हालाँकि, सेबस्टियन द्वारा चारिज़ार्ड को आर गैस की एक खुराक दिए जाने के बाद, टिम को रीमैच के दौरान पिकाचु को बचाने का प्रयास करना पड़ा, क्योंकि थोड़ी देर में ही यह स्पष्ट हो गया था कि पिकाचु अपनी विद्युत शक्तियों का उपयोग करने का तरीका भूल गया है। सेबस्टियन तब आर गैस को गलती से स्टेडियम में छोड़ देता है, जिससे वहां तबाही फैल जाती है। वह टिम को बताता है कि उसे "डॉक्टर" से यह आर गैस मिली थी।

हैरी की संदिग्ध मृत्यु और उसके जीवित रहने की संभावना के बारे में पुलिस लेफ्टिनेंट हिदेओ योशिदा से बात करने के बाद, टिम और पिकाचु को राइम सिटी के लाभार्थी हॉवर्ड क्लिफोर्ड के सामने उनकी बॉडीगार्ड मिस नॉर्मन द्वारा लाया जाता है, जो उन्हें बताता है कि हैरी वास्तव में अपनी कार दुर्घटना से बच गया था - हमला वास्तव में हाल ही में भाग निकले म्यूटू ने किया था, जो हैरी को उठा कर ले गया, और पिकाचु की स्मृतियां मिटाकर उसे छोड़ गया। हॉवर्ड ने उन्हें अपने बेटे, रोजर के बारे में भी बताया, जो कि, उनके अनुसार, अपनी कंपनी और इस शहर के वास्तविक नियंत्रण में है। पिकाचु और टिम लूसी और उसके साइडक के साथ उस लैब फैसिलिटी में जाते हैं, जिसकी हैरी जांच कर रहा था, और वहां उन्हें पता चलता है कि सेबस्टियन द्वारा बताई गयी "डॉक्टर" एन लॉरेंट है - हैरी द्वारा सहायता प्राप्त एक शोधकर्ता, जो फिर से पकड़े गए मयूटू पर प्रयोग कर रही थी। जल्द ही कई ग्रेनिन्जा उन पर हमला कर देते हैं, जो उन्हें इमारत से बाहर निकालते हैं, लेकिन साइडक की शक्तियों द्वारा पराजित हो जाते हैं। इसके बाद वे विशालकाय टॉरटेर्रा के एक क्षेत्र से बच निकलते हैं, लेकिन पिकाचु गंभीर रूप से घायल हो जाता है। टिम एक बल्बासॉर के साथ संवाद करने में सफल होता है, और पिकाचु को जंगल में एक स्थान पर उपचार के लिए ले जाता है, जहां उन्हें म्यूटू मिलता है। म्यूटू पिकाचू को ठीक कर देता है, और उसकी कुछ यादों को पुनर्स्थापित करता है, जिससे पता चलता है कि वह पिकाचु ही था, जिसने म्यूटू को लैब से निकाला था। म्यूटू अपने इरादे को प्रकट करने का प्रयास करता है, लेकिन रोजर वहां आकर उसे पकड़ कर ले जाता है। यह सोचकर कि उसने हैरी को म्यूटू के साथ धोखा दिया था, पिकाचु टिम को छोड़ देता है, जबकि शेष तीनों लोग हॉवर्ड को चेतावनी देने के लिए राइम सिटी लौट जाते हैं। पिकाचु उस क्षेत्र में आता है जहां हैरी की कार दुर्घटनाग्रस्त हुई थी, और वहां उसे इस बात के सबूत मिलते हैं कि हैरी पर हमला म्यूटू ने नहीं बल्कि ग्रेनिन्जा ने किया था।

टिम हॉवर्ड के पास पहुंचता है, लेकिन बहुत देर बाद समझ पाता है कि हॉवर्ड अपनी चेतना को म्यूटू में स्थानांतरित करना चाहता है और फिर उसकी शक्तियों का उपयोग आर गैस की सहायता से पोकेमोन को अपने मालिकों के साथ फ्यूज करने के लिए करता है, यह मानते हुए कि उसका यह प्रयास दोनों प्रजातियों को क्रमागत उन्नति के उनके अगले चरण तक पहुंचने में मदद करेगा। हॉवर्ड यह भी बताता है कि उसने अपनी बिगड़ती सेहत का इलाज खोजने की आड़ में माइंड ट्रांसफर डिवाइस को सही करने के लिए हैरी को म्यूटू को पकड़ने और उस पर एक्सपेरिमेंट करने में मदद करने के लिए हायर किया था, लेकिन हैरी और पिकाचु ने यह पता लगाना शुरू कर दिया कि वास्तव में क्या चल रहा है और दोनों ने म्यूटू की बच निकलने में मदद की, इसलिए हॉवर्ड ने उसे मार डाला था। टिम को यह भी पता चलता है कि "रोजर" और मिस नॉर्मन दोनों वास्तव में एक ही आनुवंशिक संवर्धित आकार-परिवर्तन करने वाला डिट्टो है, जबकि असली रोजर को बांधकर छिपाकर रखा गया था। जैसे ही म्यूटू के शरीर में हावर्ड लूसी सहित अन्य मनुष्यों को पोकेमोन के साथ फ़्यूज़ करना शुरू करता है, पिकाचु आता है और अपनी विद्युत शक्तियों का प्रयोग कर अंत में म्यूटू से लड़ता है, टिम और रोजर ने आर गैस सिलेंडर की सहायता से डिट्टो को हराते हैं, जबकि पिकाचु म्यूटू को तब तक उलझा कर रखता है, जब तक कि टिम उसे हॉवर्ड के नियंत्रण से मुक्त नहीं कर देता है। म्यूटू सब कुछ पहले की तरह सामान्य कर देता है, जबकि पुलिस हॉवर्ड को गिरफ्तार कर लेती है। लुसी और टिम जश्न मनाने की योजना बनाते हैं, और तभी म्यूटू आकर टिम को बताता है कि दुर्घटना के बाद पिकाचु के मदद मांगने के कारण उसने दुर्घटना में बुरी तरह घायल हो चुके हैरी के उपचार के लिए उसके शरीर को ले लिया था और उसकी चेतना को पिकाचु के साथ जोड़ दिया था, और इस कारण पिकाचु की याद्दाश्त चली गयी थी। म्यूटू उन्हें कहता है कि हालाँकि उसे अभी भी लगता है कि मानवता बुरी है, इस प्रकरण ने उसे यह सिखाया है कि सभी मनुष्य बुरे नहीं हैं। म्यूटू के दोनों को अलग कर चले जाने के बाद पूरी तरह से ठीक हो चुका हैरी टिम को घर लौटने का मौका देता है, लेकिन टिम वहीं रुककर जासूस बनने, और हैरी और उसके पिकाचु के साथ समय बिताने का फैसला करता है।

इसके अतिरिक्त, डिप्लो खुद के रूप में प्रकट होते हैं, जो सेबस्टियन के पोकेमोन क्षेत्र में प्रदर्शन करने वाले डीजे हैं। रयोमा टेकूची, जो टिम की जापानी डब आवाज प्रदान करते हैं, फिल्म में विशेष उपस्थिति में टिम द्वारा देखी जा रही एक वीडियो में एक पोकेमोन ट्रेनर के रूप में दिखाई देते हैं।

कथानक
पोस्ट-प्रोडक्शन
पात्र चयन
फिल्मांकन