Alix, Clémence, Juliette et Gwenaëlle sont en forêt de Fontainebleau quand une chasse au trésor organisée par les parents d'Alix tourne à l'enquête policière. Les filles découvrent une lettre écrite par un botaniste du XIXè siècle révélant l'existence d'une grotte souterraine extraordinaire. C'est accompagnées d'un policier d'une historienne que les quatre amies découvrent la caverne et ses secrets : décorée de peintures rupestres, elle consitue une découverte scientifique importante. Malheureusement, la grotte est également le repaire de cambrioleurs qui y amassent le fruit de leurs vols depuis des générations. enfermées dans la grotte, séparées des adultes, les filles accompagnées du jeune chiot de Juliette devront faire preuve de courage et de ruse pour s'en sortir.