Die Geschichte spielt in dem fiktiven Los Angeles im Jahre 1947, denn dort leben Menschen mit Zeichentrickfiguren, den Toons, zusammen. Die Zeichentrickfilme werden in der Geschichte nicht gezeichnet, sondern in einem Studio im Stadtteil von Toonstadt mit den Darstellern aufgenommen. Einer der Schauspieler ist Roger Rabbit, jedoch mit den Gedanken nicht ganz bei der Sache, denn er macht viel zu viele Fehler. Davon ist der Studioboss R. K. Maroon nicht begeistert und beauftragt aus diesem Grund den heruntergekommenen Privatdetektiv Eddie Valiant. Er soll Rogers Ehefrau Jessica Rabbit beschatten, die diesen vermutlich hintergeht. Doch der Detektiv Valiant hat erst kein Interesse darin, da vor Jahren sein Bruder und Partner Teddy bei der Verfolgung eines Toons starb. Ein Klavier wurde auf dessen Kopf gestürzt und dadurch kam er ums Leben. Seitdem trinkt Valiant und hat eine Abneigung gegen Toons. Doch dann macht er den Job, denn er hat Schulden bei seiner Freundin Dolores. Valiant verfollt Jesica und fotografiert sie zusammen mit dem Industriellen Marvin Acme beim Backe-Backe-Kuchen-Spiel. Dann zeigt er Roger die Fotos und dieser dreht durch und läuft aufgeregt davon. Am nächsten Tag erfährt Valiant, dass Acme angeblich von Roger Rabbit umgebracht wurde. Denn Roger soll Acme einen Tresor auf den Kopf geworfen haben, natürlich sprechen alle Indizien gegen Roger Rabbit. Valiant wird durch die Art des Mordes, an den Mord an seinem Bruder erinnert. Doch dann kommt ausgerechnet Jessica Rabbit zu Valiant und beteuert die Unschuld ihres Mannes. Der Fall weckt sein Interesse. Er entwickelt eine Abneigung gegen den Gesetzeshüter von Toonstadt, Richter Doom und gegen seine Handlanger, die Wiesel. Die Methode ihrer Rechtsprechung besteht darin, Toons mittels einer Suppe zu exekutieren. Die Suppe besteht aus Aceton, Terpentin und Benzol, das sind die einzigen Sachen, die die Toons töten können. Valiant erfährt, dass Acme ein Testament verfasst hat, Toonstadt soll den Toons vererbt werden, doch das Testament konnte nicht gefunden werden. Eine Privatfirma namens Cloverleaf wird Toonstadt übernehmen, wenn das Testament nicht auftaucht. Roger versteckt sich bei Valiant und erschwert diesem sein Leben und seine Ermittlungen. Roger überzeugt Eddie, dass er Acme nicht umgebracht hat. Er hat einen Liebesbriefs an Jessica geschrieben. Valiant bekommt einen Hinweis, dass Studioboss Maroon in der Sache seine Hände im Spiel hat. Cloverleaf hat die Absicht Toonstadt zu vernichten, dann wird Maroon erschossen. Richter Doom steckt hinter der ganzen Sache. Er ist der alleinige Inhaber von Cloverleaf, er will mit der Suppe Toonstadt vernichten und eine Autobahn bauen. Valiant stellt sich ihm in den Weg und es wird enthüllt, dass Doom selbst ein Toon ist und er der Mörder von Acme, Maroon und Teddy Valiant ist. Es kommt zum Kampf und Doom wird versehentlich von seiner eigenen Erfindung vernichtet. Dann taucht das Testament auf. Marvin Acme hatte es mit unsichtbar werdender Tinte geschrieben. Eddie, Dolores, Roger, Jessica und den anderen Toons gehen zu einer Freudenfeier in die Toonstadt.
Ende.
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