После первой успешной стыковки пилотируемых космических кораблей на протяжении нескольких десятилетий начинает формироваться международная космическая станция. К 2020 году «Альфа» становится центром сотрудничества астронавтов разных стран планеты Земля, позже здесь объединяются выходцы с бесконечного множества планет для обмена знаниями и опытом. «Альфа» разрастается настолько, что приближается к земной атмосфере и становится угрозой для Земли. В целях безопасности Президент Всемирной Федерации принимает решение отправить «Альфу» дальше – в сторону Магелланова потока.
Спустя 400 лет. Планета Мюл. Принцесса Лигай Минаа просыпается и встречает маленькое милое существо – конвертор. Она выходит из своего дома в живописном месте, где в мире и согласии живут ее соплеменники – перлы. Они заняты сбором жемчуга. Им кормят конверторов, которые способны воспроизводить жемчужины, потом эти драгоценности возвращают природе. Император Хабан Лимай оставляет одну жемчужину для своей дочери. Когда Лигай Минаа возвращается домой, несколько космических кораблей начинают входить в атмосферу планеты, они падают вниз, разрушая все вокруг. Гремят взрывы, перлы спешат в укрытие (старый космический корабль), на их глазах планета погибнет. Принцесса не успевает добраться до укрытия, ручка на его входе сломана изнутри. Хабан смотрит через стекло на свою дочь, чувствуя вину за ее неминуемую гибель. Его жена Алой (мать Лигай) плачет от горя. Принцесса раскрывает объятия навстречу взрыву, ее тело взрывается и посылает энергетические волны по всей галактике.
Все это видит во сне майор Валериан. Он находится на имитаторе пляжа вместе со своей напарницей сержантом Лорелин. Спецагенты дразнят друг друга, дурачатся. Лорелин напоминает Валериану, что у нее сегодня день рождения. Но сначала они должны выполнить важную миссию. Напарники входят в свой космический корабль. Валериан по-прежнему пытается говорить Лорелин о своих к ней чувствах, но та замечает, что список романтических побед Валериана слишком велик, и она не желает быть в нем последней.
Напарники летят на планету Кириан одетые в пляжные наряды, чтобы затеряться там в толпе туристов. Валериан должен войти в огромный рынок, будто бы находящийся в другом измерении. Для посещения этого места туристы используют специальные устройства для имитации реальности. Перед тем, как отправиться на задание, Валериан просит Лорелин выйти за него замуж. Та говорит, что подумает над его предложением.
Валериан встречается с другим агентом. Тот дает ему оборудование в виде коробки, которая крепится на руке, это позволяет ему перемещаться по виртуальному рынку. Лорелин наблюдает за напарником снаружи. Валериан обнаруживает нужный ему объект. Здесь совершается сделка между двумя перлами и известным межгалактическим преступником Айгоном Сируссом. Перлам нужен конвертор, в распоряжении Айгона имеется последняя сохранившаяся особь. Перлы хотят заплатить жемчужиной. Айгон намеревается ею завладеть и избавиться от ненужных теперь покупателей, возникает конфликт. В него вмешивается Валериан, он забирает конвертор и жемчужину. Валериан пытается вернуться с ценными трофеями в исходную точку, но коробка на его руке выходит из строя, когда ее обстреливают множеством магнитных шариков. Айгон отправляет в погоню за спецагентом свирепого бронеголового зверя. Благодаря прикрытию Лорелин и других спецагентов Валериану все-таки удается справиться с заданием.
Валериан и Лорелин прибывают на «Альфу», встречаются там с командором Аруном Филиттом. Тот рассказывает, что в пределах станции появилась зона с высоким уровнем радиации, она увеличивается в размерах и в состоянии уничтожить всю станцию в течение нескольких недель. В аномальную зону был отправлен отряд спецназа, но никто из бойцов не вернулся. Валериан и Лорелин должны обеспечивать безопасность командора. Филитт просит Лорелин отдать ему конвертер, та говорит, что пока оставит его при себе. Филитт в тайне от всех держит в плену перла, его жестоко пытают, но пока никакой информации от пленника получить не удается. Командор выступает на Совете Всемирной Федерации с докладом об инфекции, которая представляет угрозу для «Альфы». В это время начинается штурм, зал атакуют перлы. Они стреляют в присутствующих специальным составом. Затвердевая, он окутывает жертву прочным коконом. Обездвиженного Филитта перлы похищают. Валериану удается освободиться с помощью механического паука, который вскрывает сковавшую его оболочку. После чего Валериан освобождает Лорелин.
Валериан преследует корабль перлов. При входе в зараженную зону контакт с ним теряется. Лорелин не может восстановить связь с напарником. К ней подходят троица похожих на птиц инопланетян – доган-дагов, они предлагают купить у них информацию, которая поможет отыскать Валериана. Доган-даги приводят Лорелин к пирату Бобу. Вместе с ним она отправляется на рыбалку, добывает мозговую медузу. Положив ее на голову, Лорелин удается отследить местонахождение Валериана.
Лорелин находит Валериана и потерпевший крушение корабль рядом с зараженной зоной. Лорелин замечает красивых светящихся бабочек, любуется ими. Бабочки оказываются приманкой, Лорелин хватают за руку и тянут к краю обрыва. Она похищена злобными, большими инопланетянами – буланбаторами.
Валериан отправляется на поиски напарницы. Он добирается до района «Альфы», который пользуется дурной репутацией. Здесь обитают разного рода жулики и работники секс-индустрии. Валериана приглашает в клуб сутенер по имени Джолли. Валериан говорит, что ему для развлечений нужен полиморф. У Джолли такой имеется. Валериан смотрит выступление великолепной танцовщицы по имени Бабл. Он просит артистку о помощи, проникнуть в логово буланбаторов можно только под видом их сородича. Бабл соглашается.
Благодаря уникальной способности Бабл принимать любой облик, ей вместе с Валерианам удается спасти Лорелин, мозгами которой уже собрался полакомиться император буланбаторов. Во время сражения убит и сам император, и несколько членов его свиты. Валериану, Лорелин и Бабл удается сбежать, однако Бабл получает смертельное ранение. В утешение Валериан говорит, что лучшей артистки он в жизни не видел, после чего тело Бабл превращается в пыль.
Валериан и Лорелин продолжают обследовать якобы зараженную зону «Альфы», никаких признаков повышенной радиации здесь на самом деле нет. Спецагенты обнаруживают место, где тайно живут перлы. Напарники требуют у их императора и его жены объяснений. Хабан Лимай рассказывает, что 30 лет назад планета Мюл была полностью уничтожена в результате военной операции, которой руководил командор Филитт. Он отдал приказ использовать чудовищной силы оружие, чтобы победить в схватке с противником, которая происходила вблизи Мюла. Филитт скрыл от всех тот факт, что на планете находились разумные существа, он утверждал, что она необитаема. Тогда погибло шесть миллионов перлов. Лишь немногим удалось спастись в заброшенном космическом корабле. Все эти года перлы изучали современные технологии, разобрались с устройством аппарата и пришли к выводу, что сумеют воссоздать свой мир внутри корабля. Но для этого им нужен конвертор и жемчужина. Валериана посещали видения о планете Мюл, потому что душа погибшей Лигай Минаа выбрала его тело в качестве последнего пристанища. Лорелин намерена отдать перлам конвертор, но Валериан считает, что им нужно выполнять приказы начальства. Они спорят. Лорелин утверждает, что любовь стоит того, чтобы нарушить любое правило. Если Валериан этого не понимает, она никогда не выйдет за него замуж. Перлы сумели простить тех, кто причинил им столько зла, они не будут мстить. Ими движет любовь, а не ненависть.
Валериан и Лорелин просят перлов освободить командора. Филитт утверждает, что он действовал в интересах человечества. Но его уличают в том, что он хотел скрыть свою ошибку, а для этого намеревался уничтожить всех свидетелей произошедшей по его вине катастрофы. В это время за пределами корабля подчиненные Филитта ждут его приказа. Запрограммированные лично командором боевые роботы начинают атаку. Гибнут вставшие на защиту корабля безоружные перлы и солдаты армии Всемирной Федерации людей. Филитт готов погибнуть сам, лишь бы не признавать свою ошибку. Валериан отстреливается от роботов. Взрыв корабля перлов удается в последний момент предотвратить одному из бывших подчиненных командора. Филитт арестован, он предстанет перед судом за свои преступления. Перлы получают конвертор, они благодарят Валериана и Лорелин. Теперь душа Лигай Минаа может покоиться с миром.
За Валерианом и Лорелин вскоре прибудет спасательная команда. Валериан дарит Лорелин жемчужину с планеты Мюл, обещает, что в списке его побед Лорелин будет единственной. Они целуются.