Automne 1952 : dans un château délabré de l'Eure, Éric Rohmer tourne Les Petites Filles modèles. C'est son premier long métrage. Presque achevé, jamais sorti au cinéma, il a disparu.
Printemps 2016 : Sophie, une prof d'université à la retraite spécialiste de la comtesse de Ségur, et Paul, un jeune homme qui consacre sa thèse à des films introuvables, traversent ensemble la Normandie à la recherche de traces, de témoins, d'explications : Joseph Kéké, l'étudiant béninois qui a produit le film, a-t-il vraiment cassé une dent à une strip-teaseuse poétesse ? À quoi servent les châteaux en ruine ? Quel rapport entre la comtesse de Ségur, Éric Rohmer et le cinéma érotique des années 1970 ?
Chemin faisant, c'est avant tout sur eux-mêmes que Paul et Sophie enquêtent.