Alors que Richard Castle dédicace son dernier livre à la convention des fans de séries de science-fiction, le corps d'Annabelle Collins, 28 ans, est découvert sur l'animation de la série "Nebula 9". La jeune femme est morte le coeur transpercé d'un rayon laser. La victime, créatrice du club des fans de cette série, avait racheté les droits et créé plusieurs épisodes pour son site Internet. Au cours de l'enquête, Castle et Beckett se retrouvent plongés dans un monde qui leur est inconnu. Entre des vedettes à l'ego démesuré et des groupies hystériques, les deux enquêteurs ont fort à faire...