皮卡丘的声音怎么这么Man，竟像个老男人。不错，他就是个老男人。超梦在影片最后解救了与皮卡丘合体的哈利，此后的皮卡丘喊着“皮卡皮卡~”就是可爱萌系的声音了。这也成功解释了蒂姆为什么能够听懂皮卡丘的语言，皮卡丘顺着自己的心能够找到蒂姆。这一切冥冥之中，都是与蒂姆的父亲哈利有着千丝万缕的联系。
影片讲述的是“失忆”的大侦探皮卡丘找到蒂姆，并与蒂姆一起破获其父失踪案。由于母亲过世的原因，蒂姆在幼时就愈父亲产生了隔阂。直到警局通知蒂姆，哈利与搭档宝可梦皮卡丘一起在一场车祸意外中死亡，蒂姆才第一次走进父亲的家，看到了父亲为自己准备的、与儿时布置一样房间。
正当蒂姆心灰意冷准备接受父亲死亡的事实，父亲的宝可梦皮卡丘也来到了这个家，蒂姆惊奇地发现，自己能够听懂皮卡丘的语言。皮卡丘坚信自己没有死亡，说明哈利也一定活着。皮卡丘与蒂姆的大侦探之旅从此开始。
在寻找父亲的过程中，他们遇到了电视台的实习记者，并在地下PK台发现了大量R药水，这些药水会让宝可梦激动异常，激发其战斗力。此时一位自称身已瘫痪，而自己儿子胡作非为想要破坏自己创造的宝可梦世界的大亨（伪装善意的幕后黑手）寻求蒂姆的帮助，并用全息技术带蒂姆感受了车祸现场，将祸水引向宝可梦超梦，让蒂姆和皮卡丘认为是超梦恶意带走了哈利并删除了皮卡丘的记忆。
蒂姆与皮卡丘、实习记者与可达鸭一起来到意境被关闭的实验工厂，在这里他们发现了许多被异化的宝可梦，蒂姆与皮卡丘还找到了超梦的实验室，并通过全息影像看到了超梦的合成过程，影像中还出现了哈利与皮卡丘。蒂姆不敢相信自己的父亲也参与了超梦的合成，而超梦带走父亲的原因是为了报复。
被远程控制释放的诸多异化的宝可梦对这四位“客人”发起了攻击，四人慌乱之中逃到了一片山林中，却没想到这大片山林境也是异化的土台龟，在这里皮卡丘险些遇难。是妙蛙种子们引导蒂姆找到超梦，超梦拯救了皮卡丘，然而超梦却被幕后黑手带走。
醒来后的皮卡丘认定自己是助纣为虐的坏人，离开了蒂姆。当他伤心自责地走到车祸现场时却发现了猫腻——原来超梦是去车祸现场救人的，而坏人则是自称好人的大亨。蒂姆此时也看穿了大亨的真面目，他口中所谓的人类与宝可梦和谐共处就是将两者融为一体，他通过神经联接将自己的意识与超梦的身体相结合，从而达到摆脱轮椅的目的，而他口中劣迹斑斑的儿子早已被他软禁。一年一度的宝可梦大游行成为他实现心中恶念的机会。
皮卡丘与蒂姆联手对战拥有超梦能力的大亨，最终蒂姆拔下神经联接，超梦也获得了解放。超梦告诉了他们事情的真相，哈利与皮卡丘出现在实验室的目的是解救超梦，而在车祸现场超梦为了报恩所以将哈利的灵魂注入皮卡丘体内兵带走了其肉身。删除了皮卡丘的记忆为的是皮卡丘能够凭借内心的指引找到蒂姆，而只有蒂姆才能真正救回自己的父亲。
超梦将哈利从皮卡丘的身体里解放出来，皮卡丘又恢复了可爱的声音“皮卡皮卡~”。
蒂姆苦苦寻找的父亲其实一直都在自己身边，而父亲的房子永远都为自己保留了一个房间。蒂姆终于放下了从儿时以来的执念，回头看，原来爱一直在自己的身边。