Après avoir grandi dans un quartier difficile de Miami, Chiron, un jeune homme tente de trouver sa place dans le monde. Moonlight évoque son parcours, de l’enfance à l’âge adulte.
Amélie, une jeune serveuse dans un bar de Montmartre, passe son temps à observer les gens et à laisser son imagination divaguer. Elle s'est fixé un but : faire le bien de ceux qui l'entourent. Elle invente alors des stratagèmes pour intervenir incognito dans leur existence.
A l'aube de ses quarante ans, Alvy Singer fait le bilan de la situation. Une introspection sur sa dernière rencontre, Annie Hall, qui vient de le quitter, et un hommage à la ville qu'il aime, New York.
Sam Wheat, cadre dans une banque d'affaires new-yorkaise, et Molly Jensen, sculpteur, s'aiment. Mais tout bascule lorsque Sam Wheat est agressé dans la rue et abattu. A sa grande surprise, il devient un fantôme...
Un jeune homme de condition modeste, insouciant et spirituel, n'a aucun mal à séduire une charmante skieuse de Lake Placid. Mais il est loin d'imaginer qu’elle est la fille d'un richissime banquier réticent au projet de mariage de sa fille. Il étouffe vite dans ce milieu figé par les conventions. Heureusement la grande soeur de sa fiancée semble partager son goût de la liberté…
Enfermés dans leurs cellules, deux prisonniers communiquent à l'aide d'un trou creusé dans le mur, sous l'oeil du gardien qui les observe par le judas.
Une script-girl inconsolable depuis la mort de son mari cascadeur, rencontre à Deauville un coureur automobile dont la femme s'est suicidée par désespoir. Ils s'aiment, se repoussent, se retrouvent et s'aiment encore
Anna, jeune mondaine romaine, n’est plus vraiment certaine d’aimer Sandro, son indélicat amant architecte. Pourtant, elle embarque avec lui pour une balade en yacht en compagnie de sa bande d’amis, parmi lesquels la fidèle Claudia. Au moment de repartir de l'île sur laquelle ils ont passé la journée, Anna manque à l'appel.
Ayant autrefois vécu des amours ombrageuses, Bernard et Mathilde, par le plus pur des hasards, se trouvent être voisins. Même s'ils sont tous les deux mariés, leurs destins se croisent à nouveau.