En 2071, l'équipage du vaisseau spatial Bebop voyage dans le système solaire à la recherche de primes. Dans l'argot de l'époque, ces chasseurs de primes sont appelés « cowboys ». La plupart des épisodes tournent autour d'une prime ; cependant, le centre de l'histoire concerne le passé de chaque personnage et d'anciens évènements plus généraux, qui se connectent au fur et à mesure que la série progresse.
La première histoire est celle de Spike Spiegel, ancien membre d'une organisation criminelle, les Dragons Rouges, qui est hanté par un triangle amoureux qu'il a connu avec son ancien coéquipier aux Dragons Rouges, Vicious, et une mystérieuse femme nommée Julia.
La seconde histoire tourne autour de Faye Valentine, une joueuse endettée et amnésique réveillée d'un sommeil cryogénique, dont le passé est un mystère.
Les autres personnages ont aussi un passé à explorer : Jet Black, un ancien officier de l'agence de police interplanétaire ISSP et propriétaire du vaisseau le×ïebop), Edward, une jeune hacker surdouée et hyperactive, et Ein, un « chien data » échappé d'un laboratoire, possédant une intelligence supérieure mais se comportant la plupart du temps comme un chien normal.
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La qualité de l'animation, des musiques de oufs, des scénarios originaux et souvent complètement barrés placent cette série au rang de chef-d'oeuvre.
Cowboy Bebop est fortement influencé par la culture américaine, en particulier par le mouvement jazz bebop des années 1940, 1950 et 1960. La plupart des scènes d'action, des batailles spatiales aux combats d'arts martiaux, sont synchronisées avec la musique. La musique est le point commun à de nombreux éléments de la série. Les épisodes sont appelés sessions (en référence aux musiciens jouant une "jam session") et leurs titres sont tirés de noms d'albums ou de chansons (par exemple Sympathy for the Devil) ou font référence à un style de musique (par exemple Jupiter Jazz) qui influencera tout l'épisode. Les auteurs s'y réfèrent en tant que Space Jazz - par opposition au Space Opera, bien qu'il existe de nombreuses similitudes entre les deux genres - probablement pour son coté plus léger, car il y a plus d'humour que dans le Space Opera, se moquant souvent de ce dernier.
Paradoxalement, c'est une série qui sait être très triste et très émouvante. Les personnages ne sont pas des super-héros : ils sont faibles, égoïstes, cupides, bref pleins de défauts qu'on ne s'attend pas forcément à trouver chez des "gentils" (c'est là qu'on sent l'influence du western spaghetti).
Le cinéma y est également une grande source d'inspiration : De nombreux épisodes de Cowboy Bebop font des clins d'œil à des films, tel que 2001, l'odyssée de l'espace, The Crow, Alien - Le huitième passager, Star Trek, Moonraker, Dirty Harry, des films de Wong Kar-wai, de John Woo et de blaxploitation.
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