O dr. Will Caster (Johnny Depp) é o mais famoso pesquisador sobre inteligência artificial da atualidade. No momento ele está trabalhando na construção de uma máquina consciente que conjuga informações sobre todo tipo de conteúdo com a grande variedade de emoções humanas. O fato de se envolver sempre em projetos controversos fez com que Caster ganhasse notoriedade, mas ao mesmo tempo o tornou o inimigo número 1 dos extermistas que são contra o avanço da tecnologia – e por isso mesmo tentam detê-lo a todo custo. Só que um dia, após uma tentativa de assassinato, Caster convence sua esposa Evelyn (Rebecca Hall) e seu melhor amigo Max Waters (Paul Bettany) a testar seu novo invento nele mesmo. Só que a grande questão não é se eles podem fazer isto, mas se eles devem dar este passo.