Les chats détectives visitent le musée d'Histoire de Chatoville, lorsqu'un très ancien coffret incrusté de pierres précieuses disparaît mystérieusement à l'heure de la fermeture. Le gardien en chef inspecte rapidement la salle d'exposition où il a entendu un bruit étrange, mais le voleur s'est déjà enfui comme par enchantement. Intrigués par cette disparition inexpliquée, Milo, Constance, Rodin et Julia saisissent l'opportunité de mener leur propre enquête pour résoudre l'affaire avant l'arrivée de la police. Ils ne tardent pas à faire une découverte surprenante qui va les conduire au cœur d'un émouvant secret de famille lié au coffret dérobé.