Gaspard, Melchior et Balthazar sont tombés dans une faille temporelle : en voulant rejoindre l'étable de Jésus, ils se retrouvent en 2001 à Paris, notamment chez des producteurs de télévision très enclins à profiter de l'opportunité médiatique. Balthazar rencontre une jeune comédienne, Macha, tandis que Melchior rencontre Jo, un jeune Maghrébin de banlieue. Les trois rois vont finalement se retrouver et entraîner Macha et Jo, involontairement, dans leurs aventures.
Paul, tout juste démobilisé, est à la recherche d'un travail et milite contre la guerre du Viêt Nam. Il est amoureux de Madeleine, une jeune chanteuse qui se préoccupe plus de sa réussite dans le métier que des manifestations sentimentales de son ami. Paul finit par trouver un emploi dans un institut de sondage où il est chargé de faire une enquête sur les principales préoccupations des Français. Il habite provisoirement chez deux de ses amies.
Le film retrace le parcours des jeunes de différents milieux sociaux, ravagés par l'envie de se révolter, de tout faire exploser. Le film débute par un étrange ballet montrant les acteurs dans diverses lignes du métro parisien tentant de brouiller les pistes. Puis ils passent à l'acte en faisant exploser une aile du ministère de l'intérieur, les locaux d'une banque à La Défense, et plusieurs voitures autour du palais de la Bourse. Ils abattent le président de HSBC Europe et incendient la statue de Jeanne d'Arc à la place des Pyramides.
Au dix-septième étage de la tour Les Poissons à Courbevoie, Nora Elmer (qui vient juste de perdre son mari) est réveillée par un coup de téléphone anonyme : un personnage mystérieux la menace de mort parce qu'elle a un amant qu'elle a continué à voir même après le décès de son mari. L'inconnu lui annonce qu'il va venir chez elle pour la tuer. Quand un homme sonne par erreur à sa porte, elle prend peur, fait un malaise cardiaque et se tue en tombant du balcon.
Après avoir dérobé des documents compromettants, un homme, Fred, se réfugie dans le métro parisien. Au sein de cet univers fascinant et agité, une impitoyable chasse à l'homme s'organise. D'étranges liens se tissent entre le cambrioleur et la femme de sa victime, Héléna.
Zazie, une gamine de dix ans aux manières délurées et au langage trivial, arrive de province, impatiente de découvrir le métro parisien. Son oncle Gabriel l'attend à la gare et, à sa grande déception, la jette directement dans un taxi conduit par son ami Charles et la dépose au café Turandot. Là, elle fait la connaissance de Mado P'tits Pieds, une serveuse au grand cœur, de sa tante Albertine, ménagère modèle, et d'autres figures truculentes. Zazie s'échappe pour enfin se promener en métro, mais quand elle se rend compte qu'il est fermé pour cause de grève, elle se met à pleurer. Chacun va désormais vaquer à ses propres occupations. L'oncle se travestit en danseuse espagnole dans un café-concert, Charles déclare sa flamme à Mado pendant que Zazie découvre le marché aux puces en compagnie de Pédro-Surplus, qui se métamorphosera en agent Trouscaillon, puis en Aroun-Arachide. Après deux jours de folie parisienne, Zazie emprunte enfin le métro pour se rendre à la gare et repartir. Mais Zazie, endormie dans les bras de sa tante, n'a toujours pas vu le métro… Elle déclare à sa mère qu'elle a vieilli.