엉뚱하지만 사랑스러운 명탐정 티미가 오랜만에 돌아왔다. 티미는 시작부터 엄마에게 탐정 활동을 완전히 금지당하는 위기에 빠지지만 가만있을 티미가 아니다. 티미는 탐정 활동 금지 기간을 끝내기 위해 엄마 말대로 고분고분하게 하디 히론 선생님에게 피아노 수업을 듣고, 두 사촌 래리 누나와 메리 누나와 함께 지내는 생활도 꾹 참는다. 하지만 탐정 활동을 다시 시작할 수 있는 여름 방학은 교사들의 파업으로 학기가 지지부진하게 이어지면서 다가오지 않고, 티미는 모두의 방해에도 굴하지 않고 결국 탐정 사무소를 열기로 한다. 때마침 티미의 가장 친한 친구인 롤로가 실종되는 사건이 벌어지고, 티미는 어쩔 수 없이 고용한 조수 몰리와 함께 롤로 실종 사건을 파헤친다. 그런데 언제나 기상천외한 방식으로 사건을 파헤치는 티미가 용의자들을 만날수록 여기저기 흩어져 있던 단서 아닌 단서와 인물 들이 하나로 모이면서 롤로 실종 사건은 티미의 눈에만 보이는 엄청난 음모가 되어 가는데….