L'écrivain américain Holly Martins débarque à Vienne pour y rencontrer Harry Lime, son ami d'enfance, qui lui a promis du travail. Malheureusement, il arrive pour assister à son enterrement : Harry a été renversé par une voiture. D'emblée, les conditions de l'accident paraissent suspectes à Martins. Harry Lime est-il réellement mort ? Martins décide de mener l'enquête, malgré les efforts du major Calloway pour l'en dissuader. Ce dernier lui apprend que Lime, escroc et sans doute assassin, était à la tête d'un trafic de pénicilline, trafic qui aurait coûté la vie à de nombreux malades, en particulier des enfants.