Un cirujano carente de ética, el Dr. Bill Cortner, está desarrollando una técnica de transplante de órganos y miembros. Después de que su prometida, Jan Compton, fuera decapitada en un horrible accidente de coche, intenta encontrar a una mujer con un cuerpo bonito para transplantarle la cabeza que ha podido salvar.

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.